Umidità dei materiali da costruzione

La misura dell’umidità dei materiali consiste nella determinazione della percentuale in peso di acqua contenuta all’interno della massa solida del materiale umido. L’umidità % si calcola mediante la seguente equazione:

U = (ma-mu)/mu·100

dove U è l’umidità percentuale, ma è la massa del campione asciutto e mu la massa del campione umido.
L’acqua contenuta in un supporto è costituita da due porzioni. Una legata chimicamente alle sostanze di cui è composto il materiale, acqua di idratazione o di struttura, l’altra è semplicemente assorbita nelle porosità del medesimo, acqua assorbita fisicamente. L’acqua di struttura non può migrare dal materiale e per questo non costituisce una frazione interessante ai fini della determinazione dell’umidità e deve pertanto non essere interessata dalla misura. L’acqua assorbita è invece quella frazione in eccesso che deriva da fattori esterni al materiale e che può di conseguenza costituirne la patologia.
Un altro parametro molto interessante e caratteristico di ogni materiale è l’umidità fisiologica, Uf. L’umidità fisiologica è la % di acqua che si stabilisce nel materiale all’equilibrio con l’ambiente a +20°C e 50%UR. Uf è pertanto il limite minimo raggiungibile spontaneamente dal materiale in quelle condizioni.

L’importanza della determinazione di questa grandezza fisica è strettamente connessa alla nocività che l’acqua può esercitare a carico dei materiali o delle strutture in cui è presente. Nel settore delle pavimentazioni e dei rivestimenti in resina il danno derivante dalla presenza di acqua nei supporti su cui si effettua la posa del rivestimento consiste il più delle volte nel distacco dello stesso.La manifestazione visibile del distacco è la formazione di bolle di vapore o acqua tra la resina e il supporto. Il fenomeno è possibile perché i rivestimenti resinosi sono in generale impermeabili al vapore. Ciò fa sì che il vapore che naturalmente evolve verso l’aria dal materiale in cui è contenuto sotto forma di umidità, rimanga intrappolato sotto il rivestimento e lì eserciti una pressione di distacco. Inoltre, se l’umidità all’interfaccia tra supporto e rivestimento si condensa per effetto dell’abbassamento della temperatura, si instaura anche una sorta di effetto distaccante della condensa a carico del rivestimento. In ultima analisi, l’eventualità e l’entità del distacco dipendono stettamente sia dal contenuto di umidità del supporto, sia dall’entità del legame tra rivestimento e supporto (adesione). Esiste un valore limite per l’umidità %, specifico per ciascun accoppiamento sottofondo/rivestimento, sotto il quale la posa è da considerarsi sicura ed è riportato, laddove importante, nelle Schede Tecniche del prodotto da rivestimento.

L’importanza della determinazione di questa grandezza fisica è strettamente connessa alla nocività che l’acqua può esercitare a carico dei materiali o delle strutture in cui è presente. Nel settore delle pavimentazioni e dei rivestimenti in resina il danno derivante dalla presenza di acqua nei supporti su cui si effettua la posa del rivestimento consiste il più delle volte nel distacco dello stesso.La manifestazione visibile del distacco è la formazione di bolle di vapore o acqua tra la resina e il supporto. Il fenomeno è possibile perché i rivestimenti resinosi sono in generale impermeabili al vapore. Ciò fa sì che il vapore che naturalmente evolve verso l’aria dal materiale in cui è contenuto sotto forma di umidità, rimanga intrappolato sotto il rivestimento e lì eserciti una pressione di distacco. Inoltre, se l’umidità all’interfaccia tra supporto e rivestimento si condensa per effetto dell’abbassamento della temperatura, si instaura anche una sorta di effetto distaccante della condensa a carico del rivestimento. In ultima analisi, l’eventualità e l’entità del distacco dipendono stettamente sia dal contenuto di umidità del supporto, sia dall’entità del legame tra rivestimento e supporto (adesione). Esiste un valore limite per l’umidità %, specifico per ciascun accoppiamento sottofondo/rivestimento, sotto il quale la posa è da considerarsi sicura ed è riportato, laddove importante, nelle Schede Tecniche del prodotto da rivestimento.
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L’umidità all’interno dei materiali origina da fenomeni fisici diversi che possono insistere sull’involucro edilizio (edificio) di cui è parte il materiale sotto indagine. Le principali origini sono:

3.1 – umidità ascendente (per capillarità dai terreni);
3.2 – umidità da condensazione (dall’aria contenuta nel volume dell’ambiente);
3.3 – umidità da infiltrazione (da precipitazioni che si infiltrano nell’involucro edilizio);
3.4 – umidità accidentale (derivante da rotture di tubazioni idrauliche o di scarico che attraversano il materiale sotto osservazione).
3.5 – umidità da costruzione (intrinsecamente presente come acqua d’impasto, nei materiali a base di leganti aerei o idraulici, malte, intonaci, calcestruzzo o massetti, o, nel caso di aggregati o mattoni come acqua presente naturalmente o assorbita durante i processi di estrazione, fabbricazione o staccaggio).

L’umidità % è data normalmente dalla combinazione di tutti i fattori sopraccitati, anche se, in generale, ciascuno di essi ha un peso diverso a seconda della tipologia e dell’età dell’edificio in cui si effettua la valutazione. Negli edifici di nuova costruzione progettati e realizzati a regola d’arte, l’umidità normalmente deriva dall’attività di costruzione ed ha un andamento decrescente nel tempo per effetto dell’asciugatura dei materiali. Negli edifici di vecchia costruzione, al contrario, l’umidità deriva da tutti gli altri fattori ed è dovuta ad eventuali errori di progettazione o al degradamento delle strutture o materiali di protezione installati per limitare l’assorbimento d’acqua. In questo caso il suo andamento potrebbe non essere decrescente se non si adottano contromisure volte a bloccare l’ingresso di umidità dall’ambiente esterno al materiale.

Quale che sia l’origine dell’umidità, l’importante è che il suo valore sia misurato accuratamente prima della posa di rivestimenti in resina e che ne sia misurato l’andamento nel tempo, soprattutto quando la sua origine sia esterna. Quando il suo valore si stabilizza permanentemente sotto la soglia prevista dalla scheda tecnica del materiale di rivestimento, si può procedere alla posa delo stesso.

Il tempo di asciugamento di un supporto dipende dalla struttura del materiale di cui è costituito oltre che dalle condizioni ambientali in cui si trova. In generale si osserva che materiali molto porosi (intonaci deumidificanti, mattoni in terracotta, malte di calce aerea) impiegano molto meno tempo di materiali compatti (calcestruzzo, malte bastarde, malte di cemento) per l’eliminiazione dell’umidità contenuta al loro interno. Uno dei riflessi, nella pratica, di quest’osservazione è che, ad esempio, l’utilizzo di intonaci a base di cemento è sconsigliato per il rivestimento di muri fondati su terreni umidi o sottoposti a infiltrazioni.
Ai fini di una corretta programmazione di interventi di risanamento o rivestimento di supporti impregnati d’umidità, potrebbe risultare utile stimarne il tempo di asciugatura. Il presupposto iniziale è che sia interrotto l’assorbimento d’acqua (installazione di guaine impermeabilizzanti, scossaline, riparazione di tubazioni che perdono, applicazione di pitture impermeabili ecc…). In letteratura esistono delle formule matematiche (Kettenacker) che permettono di calcolare grossolanamente, a 20°C e 50%RH, il tempo da attendere per l’asciugamento di un supporto dal valore di saturazione (completa impregnazione) al valore Uf (umidità fisiologica) a partire dal momento in cui viene interrotto l’assorbimento d’acqua:

t = p·s2

dove:
t è il tempo di prosciugamento espresso in giorni
s è lo spessore della muratura espresso in centimetri
p è il coefficiente di prosciugamento.

Il coefficiente p dipende dal materiale di cui è costituito il supporto ed è inversamente proporzionale alla porosità del materiale stesso. Mattoni di terracotta e malte di leganti aerei (calce) e intonaci deumidificanti hanno coefficienti bassi in quanto molto porosi (molti pori e di dimensioni elevate). Calcestruzzo e malte di leganti idraulici hanno valori di p elevati in quanto poco porosi (pochi pori e di piccole dimensioni). In Tabella 1 sono riprodotti i valori di p dei più frequenti materiali da costruzione.

un supporto in calcestruzzo strutturale di 40 cm di spessore impregnato d’acqua necessita di circa: t = 1,60 · 402 = 2560 giorni per l’asciugatura con umidità residua pari a Uf. Lo stesso supporto in mattoni posati a malta (in cui la malta sia parte estremamente minoritaria della muratura) necessita di circa: t = 0,28 · 402 = 448 giorni per l’asciugatura con umidità residua pari a Uf.

I valori calcolati sono puramente indicativi e non possono prescindere dall’esecuzione di misure sul campo.

I metodi di misura dell’umidità in un materiale da castruzione sono raggruppabili in due macrocategorie:

5.1 – metodi diretti, tramite cui si quantifica direttamente la massa d’acqua contenuta nel campione mediante la rimozione chimica o fisica della stessa dal campione di misura. Nei metodi diretti è necessario prelevare una quantità piccola, ma importante di materiale dal supporto da esaminare. Per loro natura, i metodi diretti sono i più accurati nella determinazione del contenuto d’acqua dei materiali;

5.2 – metodi indiretti, tramite cui si stima la quantità d’acqua presente nel materiale mediante l’osservazione di parametri indiretti ad essa correlati (di solito conducibilità elettrica e costante dielettrica). Sebbene nei metodi indiretti non sia necessario generalmente il prelievo di campioni dal supporto, come contropartita sono i meno accurati perché misurano proprietà non sempre riproducibilmente connesse al contenuto di umidità del materiale. In generale i metodi indiretti si utilizzano come “stima veloce” dell’umidità residua in attesa di eseguire la determinazione precisa mediante il metodo diretto.
I metodi di misura dell’umidità in un materiale da castruzione sono raggruppabili in due macrocategorie:

5.1 – metodi diretti, tramite cui si quantifica direttamente la massa d’acqua contenuta nel campione mediante la rimozione chimica o fisica della stessa dal campione di misura. Nei metodi diretti è necessario prelevare una quantità piccola, ma importante di materiale dal supporto da esaminare. Per loro natura, i metodi diretti sono i più accurati nella determinazione del contenuto d’acqua dei materiali;

5.2 – metodi indiretti, tramite cui si stima la quantità d’acqua presente nel materiale mediante l’osservazione di parametri indiretti ad essa correlati (di solito conducibilità elettrica e costante dielettrica). Sebbene nei metodi indiretti non sia necessario generalmente il prelievo di campioni dal supporto, come contropartita sono i meno accurati perché misurano proprietà non sempre riproducibilmente connesse al contenuto di umidità del materiale. In generale i metodi indiretti si utilizzano come “stima veloce” dell’umidità residua in attesa di eseguire la determinazione precisa mediante il metodo diretto. Attiva il supporto per lo screen reader

5.1 Metodi umidometrici diretti:
5.1.a – metodo ponderale;
5.1.b – metodo al carburo di calcio (detto di Höchst).

consiste nella misura della massa di un campione di materiale prelevato dal supporto di prova prima e dopo l’esecuzione di un trattamento termico di essiccazione ad una certa temperatura per un tempo di circa 24 ore. La scelta della temperatura di essiccazione è fondamentale. Da un lato, infatti, si deve garantire la liberazione dell’acqua assorbita fisicamente nel materiale in un tempo ragionevole e dall’altro si devono evitare l’eliminazione dell’acqua di struttura (quella legata chimicamente ai composti che costituiscono il materiale) e la degradazione chimica del materiale (decomposizione termica). In generale per i materiali edili più comuni, si ritiene che una temperatura di lavoro di 105°C sia al contempo efficace e precauzionale.
Il vantaggio principale del metodo ponderale è che è universale e permette di misurare l’umidità anche a prescindere dalla presenza di sali o inquinanti nel materiale. È inoltre molto economico e permette di effettuare misure su ogni parte del materiale in cui sia possibile prelevare un campione. Gli svantaggi principali derivano da:
1 – necessità di lesionare il materiale per prelevarne una porzione;
2 – necessità di effettuare la prova in laboratorio poiché si impiegano una bilancia analitica (al centesimo di grammo) e una stufa essiccante;

sfrutta una reazione chimica che coinvolge il carburo di calcio (CaC2) e l’acqua contenuta nel campione da analizzare. La reazione chimica in questione è qui sotto riportata:

CaC2 + 2 H2O → C2H2+ Ca(OH)2

Il carburo di calcio, solido, reagisce con l’acqua e produce un gas, l’acetilene (C2H2), e un altro solido, l’idrossido di calcio (Ca(OH)2).

per la determinazione dell’umidità dei materiali nel settore delle costruzioni, oltre ai metodi diretti, sono utilizzati anche metodi indiretti. Pur non essendo affidabili e precisi come i primi, essi sono impiegati per il fatto che sono in generale metodi non distruttivi che permettono di effettuare la prova direttamente sulla superficie senza necessità di prelevare frammenti di materiale. Per quanto fin qui esposto i metodi indiretti sono destinati essenzialmente a determinazioni preliminari e orientative.
I principali metodi umidometrici indiretti si basano sulla dipendenza di alcune grandezze elettrostatiche (costante dielettrica e conducibilità elettrica) dei materiali dal loro contenuto di umidità. Gli apparecchi in grado di rilevare la variazione di queste grandezze e si basano su:

a – rilevatori a microonde;
b – rilevatori conduttimetrici;
c – rilevatori capacitivi;

In questa trattazione è impossibile entrare nel merito di ciascuno dei metodi indiretti fin qui citati.
Esiste tuttavia un principio comune a tutti su cui si basa la misura: l’umidità nella matrice modifica le proprietà elettrostatiche.
Più nel dettaglio, sia la conducibilità elettrica sia la costante dielettrica di un materiale aumentano con il contenuto d’acqua.
Naturalmente costante dielettrica e conducibilità dipendono anche da fattori intrinsechi al materiale come la composizione e la struttura della matrice solida, fattori questi totalmente ignoti nella maggioranza dei casi.
Se i materiali fossero tutti uguali o le loro proprietà elettrostatiche indipendenti dalla loro natura specifica, sarebbe facile individuare una correlazione, per quanto complessa, tra umidità e capacità o conducibilità del materiale.
Purtroppo nella realtà questo non si verifica e quindi si sarebbe costretti, in teoria, ad elaborare migliaia di equzioni per materiali e strutture diverse. Ovviamente quest’operazione è impossibile, quindi si rende necessario raggruppare i materiali presenti nei supporti edili in macrocategorie (calcestruzzo, legno, massetto sabbia e cemento ecc…), semplificando i modelli, ma rinunciando, allo stesso tempo, alla precisione della misura.
Questo è il motivo per cui i metodi indiretti non sono da considerare definitivi nella misura dell’umidità dei materiali, ma solo propedeutici alla misura con metodo ponderale o al carburo.