Teoria sui tempi di prosciugamento di un muro

Viene spontaneo pensare che in presenza di una maggior ventilazione o di una energica azione del sole sulla superficie dei muri umidi, ne consegua necessariamente un prosciugamento uniforme.

In verità è dimostrato come il prosciugamento inizi dall'alto, mentre al di sotto della linea fra umido e asciutto, il tasso di umidità presente nella muratura non cambi affatto. L'affermazione si fonda su di un paio di considerazioni:

Prima: In una qualsiasi struttura verticale, che assorba acqua dal piede, in cui venga forzata l'evaporazione superficiale, mediante ventilazione o con il naturale calore del sole, l'incremento dell'acqua evaporata causa un conseguente aumento dell'acqua assorbita dal basso.

Seconda: Aumentando nel muro la velocità di evaporazione, aumenta la velocità di risalita. Effettivi segni di prosciugamento della muratura si inizieranno a vedere solo quando la velocità di evaporazione sarà maggiore di quella di risalita, procedendo comunque dall’alto verso il basso.

Dunque, supponiamo d’aver bloccato l’umidità di risalita in un muro di fondazione di un vecchio edificio mediante l'applicazione di un diaframma impermeabile inserito in un taglio di sega, o mediante una più sofisticata iniezione di composti chimici: cosa succede all'umidità che ristagna nel muro al di sopra della barriera impermeabile? In quanto tempo si prosciugherà il muro?

Se il muro in questione misura 100 centimetri di spessore ed e costituito da pietre da taglio e pertanto limitatamente porose, e molto probabile che in condizioni di saturazione, esso contenga una buona quantità d’acqua per metro cubo (specialmente nelle malte d’allettamento o nel materiale incoerente nella cortina muraria).

E' chiaramente intuibile che l'evaporazione dell'acqua, contenuta nella massa muraria, e tanto più facilitata quanto più le pareti sono esposte al sole e all'aria in movimento. A parità di temperatura e velocità dell’aria e ovvio che l’evaporazione dipende dalla qualità della muratura e dal suo spessore. Di fatto, i materiali leggeri, caratterizzati da strutture particolarmente porose, come i mattoni fatti a mano e le calci cotte a bassa temperatura, si asciugano più rapidamente. Altri materiali, con struttura più fine, più pesante e meno porosa, come i conci di pietra, le malte di cemento, le malte bastarde e i moderni mattoni trafilati, perdono più lentamente l'acqua che in essi ristagna.

Sperimentazioni di laboratorio ci portano ad osservare che il tempo di prosciugamento (t) cresce in ragione del quadrato dello spessore (s) delle murature.

Secondo lo sperimentatore Kettenacker, il tempo di prosciugamento (t) e inoltre funzione di un certo coefficiente di prosciugamento (p), caratteristico di ogni materiale di cui e strutturato un muro.

Dove t è espresso in giorni, ed s (lo spessore) è espresso in centimetri.

Si riportano qui di seguito, in modo puramente indicativo, alcuni valori medi del coefficiente di prosciugamento relativi a materiali caratterizzati da diverse frazioni di porosità.

Da quanto sopra asserito, ed applicando i coefficienti suesposti, si può constatare che la muratura, dello spessore di 100 cm, satura d'umidità, isolata dalla fondazione e strutturata con conci di pietra calcarea, si prosciugherà presumibilmente in un tempo:

t = 1.22 x 1002 cioè 12.200 giorni

Tale tempo di prosciugamento può notevolmente aumentare, oltre che con lo spessore dei muri, anche con le condizioni ambientali in cui i muri si trovano.

Naturalmente, uno dei fattori che più incidono favorevolmente sul tempo di prosciugamento e la temperatura ambientale: più alta e la temperatura, più i tempi di prosciugamento si abbreviano.

E' ovvio che quanto detto vale per i casi in cui le mura restaurate siano re-intonacate con malte che abbiano coefficienti di prosciugamento molto vicini ai coefficienti relativi alle murature in esame. Poiché gli intonaci si frappongono fra il muro da prosciugare e l'aria che li prosciuga, essi influenzeranno notevolmente i tempi di prosciugamento in funzione della loro maggiore o minore porosità, ovvero del loro diverso coefficiente di prosciugamento; anzi, le indagini di laboratorio hanno dimostrato che un muro umido re-intonacato sui due lati, con intonaci di adeguato spessore, si prosciugano in un tempo che e determinato dalla struttura porosa dell'intonaco e non già della porosità delle pietre che costituiscono la muraglia medesima.

Si può pertanto asserire che un muro si asciuga in un tempo legato strettamente al coefficiente di prosciugamento relativo all'intonaco che lo ricopre. Ecco la ragione per cui un muro rinzaffato ed intonacato con solidissime croste di cemento e ghiaietta (p = 1.58) sembrano non volersi asciugare mai. Infatti, se un muro di mattoni, saturo d'acqua, da noi tagliato e “incamiciato” in un intonaco di buona calce di 3 centimetri di spessore per lato, come abbiamo visto, si prosciuga in circa 4 anni, lo stesso muro, intonacato con una malta cementizia, dallo scarso potere traspirante, si prosciuga in un tempo molto maggiore:

cioè 17.750 giorni circa; ovvero non si prosciugherà mai!

Per tutto questo tempo, finche la muratura non sarà totalmente prosciugata (sempre che l'intonaco non precipiti prima), i sali idrosolubili, che sono in soluzione nelle malte (meno nei conci), continueranno a veicolare, con l'acqua, verso la superficie esterna della muratura con tutte le forme degenerative che ognuno può vedere.

ALCUNE OSSERVAZIONI

I volumi d’acqua ed i sali

Si vuol qui di seguito dimostrare, con un semplice esempio, come vi siano dei limiti oggettivi alla pratica della deumidificazioni delle mura afflitte dall’umidità di risalita.

Supponiamo di affrontare il problema della deumidificazione di una struttura muraria appartenente ad una costruzione rinascimentale costruita in mattoni, con il muro di fondazione spesso 1 metro.

E’ dimostrato che la porosità dei mattoni cinquecenteschi raggiunga valori medi, in volume, del 30 – 35%, pertanto, se l’umidità ha raggiunto livelli di saturazione per una altezza di 1 metro, si evince che il peso della quantità d’acqua contenuta nei pori, possa raggiungere valori di circa 330 chilogrammi per metro lineare di muro.

Ora, supponendo che la lunghezza del muro, che adesca acqua dal suolo, sia di 300 metri (muri di spina compresi), e presumibile che il contenuto d’acqua nel muro da deumidificare ammonti a circa 100.000 litri (o chili), nei quali si possono trovare in soluzione il 4% di sali (cloruri, nitrati, solfati), ovverosia un valore in peso vicino alle 4 tonnellate.

Prima di proseguire, al fine di rendere più chiaro il concetto che si vuol esprimere, vengono qui sotto riportati dei dati analitici di indagine relativi al caso suesposto, per il quale si e proceduti alla determinazione quantitativa degli anioni mediante cromatografia ionica e i dati ottenuti dalla determinazione del contenuto d’acqua.

Per quanto attiene alle analisi cromatografiche, si premette che i cloruri e i nitrati, essendo sali estremamente dannosi per le murature, a causa della loro elevata solubilità e deliquescenza (trattengono umidità), hanno un limite di accettabilità molto basso e vicino al limite di rilevabilità strumentale. Quanto detto coinvolge particolarmente i materiali lapidei naturali (o artificiali) impiegati negli edifici storici.

Per i solfati, invece, la tollerabilità e più elevata e dipende sempre dalla natura e dalla destinazione d’uso dei materiali.

In considerazione della premessa, nell’elenco qui di seguito riportato sono indicati i valori limite, considerando la presenza dei solfati anomala rispetto alla tipologia dei materiali impiegati:

Concentrazione dei sali presenti (%)

Bassa                                                Media                                               Alta

ioni cloruri: 0,01-0,09 % bassi          0,10-0,99 % significativi                   >1 % elevati

ioni nitrati: 0,01-0,09 % bassi            0,10-0,99 % significativi                  >1 % elevati

ioni solfati: 0,10-0,99 % bassi                     1-2 % significativi                   >2 % elevati

Per quanto riguarda, invece, il contenuto d’acqua, si considerino in genere i seguenti limiti:

umidità = 0-4% basso                      4-10 % significativo                         >10% elevato

Norme di riferimento UNI EN 11087 UNI EN 11085

Sulla presunta origine dei sali si può dire che:

- I cloruri possono provenire da acque salmastre, o essere associati ai nitrati derivanti da degrado di guano o composti di origine fognaria. Possono essere altresì collegati all’impiego di prodotti a base di cloro (per es. varechina o acidi) impiegati in qualche precedente intervento di pulitura.

E’ chiaro che nella condizione estrema in cui si trova il campione di muro non si può pensare di progettare un intervento di deumidificazione se prima non si interviene con tutte le precauzioni necessarie per abbassare i valori negativi che caratterizzano la struttura su cui si opera. Uno degli obiettivi, per risolvere il problema, potrebbe essere la formazione di un cavedio aerato scavato tutt’attorno alla fondazione in modo da far abbassare la pressione di spinta dell’acqua nella muratura e convogliarla nel cavedio medesimo, nel quale si trova un dispositivo di collezione che trasporti l’acqua raccolta lontano dall’edificio.

- I nitrati possono derivare dal degrado di materiale organico di tipo proteico (per esempio resti di organismi animali, depositi di guano, infiltrazioni di acque fognarie, decomposizione di sostanze proteiche in genere).

- I solfati provengono da solfatazione causata da inquinamento atmosferico o da un’aggiunta voluta nell’impasto o da apporti occasionali dovuti a materiali gessosi e cementizi limitrofi.