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Umidità di risalita nelle murature: analisi comparativa delle tecniche di misura per una diagnosi efficace

La ricerca presentata offre un contributo significativo per chi desidera monitorare il contenuto di umidità nelle murature con presenza di umidità di risalita, sperimentando e valutando diverse metodologie. Dall'analisi dei cinque metodi, tra cui il test gravimetrico, su tre diversi materiali, emergono considerazioni fondamentali sia per i ricercatori sia per i professionisti.

L'umidità incide sulla qualità ambientale interna, sull'estetica e sull'integrità delle strutture

L'umidità nelle strutture murarie, elemento naturale ma potenzialmente problematico quando i valori sono elevati, rappresenta una sfida sia nelle costruzioni antiche che moderne. Questa problematica, incidendo sulla qualità ambientale interna, sull'estetica e sull'integrità strutturale, può anche provocare problemi di salute per gli occupanti degli edifici, specialmente quando porta alla formazione di muffe, alghe e altri organismi biologici. I danni legati all'umidità si manifestano in varie forme, dalla cristallizzazione dei sali alla corrosione dell'acciaio nelle strutture in calcestruzzo armato. Identificare la fonte e la quantità di umidità nei materiali è essenziale per affrontare le cause di degrado.

Spesso, diagnosticare i danni correlati all'umidità è complesso, poiché le cause di accumulo sono diverse: umidità residua da costruzione, infiltrazioni accidentali o di origine meteorica, condensazione e umidità di risalita per assorbimento capillare. Quest'ultima, in particolare, si verifica quando l'acqua presente nel sottosuolo risale attraverso la struttura capillare dei materiali da costruzione porosi.

Un recente studio dei ricercatori Eurac Research, ha preso in esame il fenomeno dell’umidità di risalita, cercando di sviluppare un approccio per una corretta diagnosi. La valutazione accurata e quantitativa della presenza d'acqua nei materiali è fondamentale per valutare l'efficacia dei trattamenti futuri. Misurare il contenuto di umidità in modo semplice, economico e minimamente invasivo rimane una sfida chiave.

Nonostante i numerosi metodi proposti, manca un approccio unificato che guidi gli utenti nella presa di decisioni informate. Da una analisi della letteratura scientifica si è visto che la maggior parte degli studi si focalizza su un singolo materiale costruttivo, senza confrontare l'efficacia delle tecniche in relazione ai diversi materiali. L'obiettivo di questo lavoro è quindi fornire una comprensione più ampia, confrontando diverse tecniche di monitoraggio e/o misura del contenuto di umidità e nel contesto dell’umidità di risalita, in murature di mattone, pietra e calcestruzzo armato, identificando i pro e i contro di ciascuna metodologia.

 

Monitoraggio dell'umidità nelle murature: metodi e sfide

Il monitoraggio dell'umidità nelle strutture murarie è un campo che presenta diverse tecniche, ciascuna con i propri vantaggi e limitazioni. In generale, queste tecniche possono essere classificate in due categorie principali: metodi distruttivi e non distruttivi. La scelta tra questi dipende dal livello di invasività accettabile.

Specialmente in edifici storici, dove prelevare campioni potrebbe non essere sempre possibile, i metodi non distruttivi sono preferiti sebbene possano offrire risultati meno precisi e meno qualitativi.

  

Metodi distruttivi

I metodi distruttivi più affidabili e accurati per la misurazione quantitativa dell'umidità includono il metodo del carburo di calcio (UNI 11121) e il metodo gravimetrico (UNI 11085 e EN 11085). Entrambi necessitano dell'estrazione di piccoli campioni di materiale attraverso la perforazione della parete. Nonostante permettano di ottenere valori quantitativi in termini di contenuto di umidità, comportano una perdita di umidità durante la perforazione e la manipolazione dei campioni.

 

Metodi non distruttivi

I metodi non distruttivi, che non richiedono l'intaccamento della muratura, sono essenziali per preservare l'integrità di edifici di rilevanza storica, compresi quelli con affreschi o altri beni culturali. Questi metodi includono sensori capacitivi e resistivi per il monitoraggio dell'umidità, che possono essere cablati o funzionare tramite piccole batterie comunicando in wireless. Inoltre, vengono impiegati metodi come le misure a microonde e la termografia a infrarossi. La termografia in particolare rileva le pareti più fredde, raffreddate dall'evaporazione, fornendo indicazioni indirette sull'umidità presente.

 

Materiali e metodi utilizzati durante la prova

La prova è stata condotta nell’Hygrothermal Testing Lab di Eurac Research, laboratorio al servizio di ricerca e imprese per la caratterizzazione igrotermica di materiali edili, presso il parco tecnologico NOI Techpark, punto di riferimento nella ricerca scientifica della Provincia autonoma di Bolzano.

Il laboratorio offre diversi servizi: dalla misura della densità e della conducibilità termica alla permeabilità al vapore e coefficiente di assorbimento dell’acqua da parte di un dato materiale edile. Possono inoltre essere pianificate delle prove su misura per la verifica sperimentale delle proprietà igrotermiche di soluzioni tecnologiche in ambito edilizio. La prova qui descritta ha avuto come oggetto la misurazione dell'umidità nei materiali da costruzione, con un focus specifico sull'umidità di risalita. L'obiettivo era di ricreare, in scala ridotta, le condizioni ottimali che favoriscono l'umidità di risalita in campioni murari.

Per garantire condizioni controllate e uniformi sono state costruite sei repliche di muro di dimensioni 80x40x150 cm. Queste repliche, nonostante fossero più piccole dei muri reali, hanno permesso un confronto efficace e un'analisi accurata di diverse tecniche di misurazione dell'umidità. Le repliche sono state realizzate utilizzando tre tipi di materiali da costruzione: mattone, pietra e calcestruzzo. L'obiettivo dello studio era valutare diverse tecniche di misura dell'umidità su questi tre tipici materiali da costruzione.

Le repliche sono state collocate in vasche d'acciaio alte 60 cm e poi riempite di ghiaia. Queste sono state riempite d'acqua fino a 30 cm di altezza in modo da indurre l'umidità di risalita. In modo da avere evaporazione solo tramite le superfici delle repliche, ogni vasca è stata sigillata con una lastra in calcestruzzo alleggerito drenante (TCS). Il livello dell'acqua nelle vasche è stato controllato durante l'esperimento e l'acqua è stata reintegrata periodicamente per ripristinare quella assorbita e riportando il livello originale dell'acqua fissato. La bagnatura delle repliche è stata condotta per quasi un anno. La Figura 1 mostra una illustrazione delle tre tipologie di repliche e il set-up dell’esperimento.

 

Rappresentazione delle repliche utilizzate per l’esperimento
(Crediti: Eurac Research)

 

Test Gravimetrici

Sono stati effettuati due test gravimetrici, a distanza di un anno l'uno dall'altro, per confrontare le variazioni di umidità in ciascuna replica. Un primo test gravimetrico è stato realizzato immediatamente dopo il posizionamento dei muri nelle vasche. praticando quattro fori sulla superficie laterale diverse posizioni (indicate in Figura 2).

Un secondo test gravimetrico è stato eseguito dopo undici mesi per comprendere la variazione del contenuto di umidità. Per il confronto con la prima misurazione, i campioni sono stati prelevati dalla superficie diametralmente opposta mantenendo le stesse altezze e profondità.

 

A sinistra, le immagini della superficie laterale tre repliche in mattoni, sassi e calcestruzzo in cui è possibile vedere la posizioni dei fori utilizzati per le prove gravimetriche. A destra i campioni prelevati a cui è stato effettuato il metodo ponderale per la misura del contenuto di umidità.
(Crediti: Eurac Research)

 

Misurazione dell'umidità con tecnologia a microonde

L'impiego di dispositivi a microonde rappresenta un metodo avanzato per la determinazione del contenuto di umidità nelle strutture. Questo strumento consente la realizzazione di misurazioni precise e sistematiche sulla superficie delle repliche. Attraverso una scansione di punti predefiniti sulla superficie, il dispositivo cattura dati che vengono convertiti in output numerici qualitativi per la valutazione dell'umidità. Successivamente i valori ottenuti sono stati mediati ogni 10 cm di altezza per tutta la larghezza della superficie delle repliche come mostrato in Figura 3.

 

Superficie delle repliche scansionata con lo strumento a microonde. I punti blu rappresentano i punti in cui sono state effettuate le misure. Per l’analisi dei risultati è stato considerato il valore medio per ogni riga (escludendo le colonne più vicine ai lati della replica).
(Crediti: Eurac Research)

 

Sensori capacitivi per la misura dell’umidità relativa

Per monitorare l'evoluzione dell'umidità e della temperatura all'interno dei muri, sono stati impiegati sensori capacitivi. Questi sensori sono stati posizionati all’interno delle cavità create durante la foratura effettuata per il primo test gravimetrico (eccetto la posizione più in basso). I fori sono stati successivamente sigillati con un nastro ad alta impermeabilità alla diffusione del vapore in modo da minimizzare perdite e influenzare le misure.

 

Utilizzo di immagini termografiche nella rilevazione dell'umidità

 Anche la termografia è stata utilizzata per monitorare l'evoluzione dell'umidità di risalita. Le immagini termografiche sono state scattate periodicamente insieme alle altre misure. Per ogni scatto si è cercato di mantenere invariata la distanza dalla superficie (circa 2 metri dalla parete). Le immagini in Figura 4 forniscono una rappresentazione visiva degli effetti dell'umidità. Ad esempio, le immagini ottenute a febbraio raffigurano la parete poco prima che la fase di bagnatura sia stata avviata mentre già dopo un mese (nel mese di marzo) è visibile l'area di evaporazione causata dall'umidità ascendente.

 

Immagini termografiche scattate prima dell’avvio della fase di bagnatura (febbraio) e dopo un mese di bagnatura (marzo). Le immagini raffigurano le repliche costruite con tre differenti materiali (mattoni, sassi e calcestruzzo).
(Crediti: Eurac Research)

 

Metodo della pesatura delle repliche

La costruzione di repliche di muri in laboratorio ha offerto l'opportunità di condurre misurazioni aggiuntive, normalmente non realizzabili sul campo, consentendo in qualche modo la validazione dei risultati del monitoraggio. In particolare, ogni muro è stato pesato periodicamente, con la stessa frequenza delle misurazioni termografiche e a microonde, per monitorare l'evoluzione della sua massa totale nel tempo.

Attraverso il monitoraggio dettagliato della massa dei muri e della massa d'acqua aggiunta nelle vasche, è stato possibile calcolare l’esatta acqua assorbita per ogni replica. In Figura 5 è rappresentato il quantitativo di acqua in kg calcolato tramite le pesature periodiche insieme ad una foto scattata durante la fase di pesatura delle repliche.

 

A sinistra è rappresentata la variazione dei valori di assorbimento di acqua nel tempo dovuto all’umidità di risalita per le tre tipologie di repliche. A destra una foto scattata durante la fase di pesatura in cui una replica viene posizionate sulla bilancia elettrica.
(Crediti: Eurac Research)

 

Risultati e conclusioni

La ricerca presentata offre un contributo significativo per chi desidera monitorare il contenuto di umidità nelle murature con presenza di umidità di risalita, sperimentando e valutando diverse metodologie. Il monitoraggio dell'umidità è fondamentale per diagnosticare e valutare le cause della sua presenza, al fine di pianificare interventi mirati ed efficaci. Dall'analisi dei cinque metodi - il test gravimetrico, i sensori capacitivi, le misurazioni a microonde e le indagini termografiche - su tre diversi materiali, emergono considerazioni fondamentali sia per ricercatori sia per i professionisti del settore.

Il test gravimetrico si è rivelato particolarmente efficace nell'analisi di mattoni e calcestruzzo, i quali si distinguono per la loro matrice omogenea rispetto a quella più eterogenea di un muro in pietra. Tale omogeneità, insieme alla marcata differenza tra le proprietà di assorbimento e di trasmissione dell'umidità dei sassi rispetto a quelle della malta (a differenza del duo mattoni-malta), gioca un ruolo cruciale nell'interpretazione della diffusione dell'umidità attraverso materiali di diversa composizione.

La coerenza osservata tra i risultati del test gravimetrico, le simulazioni effettuate e i valori di saturazione dei materiali esaminati conferma la solidità e l'affidabilità di questo approccio. Ciononostante, la natura distruttiva di tale metodo ne limita l'uso, soprattutto nel contesto di interventi su beni di rilevante valore storico e culturale.

L'utilizzo di sensori capacitivi riduce l'invasività delle misurazioni, poiché è sufficiente realizzare un solo foro per ottenere un flusso continuo di dati. Tuttavia, la ricerca ha evidenziato limitazioni nella loro affidabilità, specialmente nelle murature in pietra. Nonostante queste limitazioni, i sensori forniscono una panoramica utile per distinguere aree umide da quelle asciutte e i dati raccolti in modo continuativo offrono la possibilità di monitorare l'andamento dell'umidità nel tempo.

Le misurazioni a microonde e le indagini termografiche si sono rivelate strumenti preziosi, la prima per l'identificazione delle aree più umide e la seconda per l'analisi iniziale dell'accumulo di umidità. Entrambe le metodologie presentano però limitazioni, come l'influenza delle condizioni esterne e la necessità di ulteriori ricerche per affinare la correlazione tra i dati raccolti e il contenuto effettivo di umidità.

Lo studio sottolinea l'importanza di una selezione attenta e consapevole delle tecniche di misurazione dell'umidità nelle murature. L'abbinamento di test gravimetrici, sensori e immagini termografiche può fornire informazioni preziose, sebbene l'interpretazione dei risultati possa presentare sfide in alcuni contesti. Questi lavori aprono la strada ad un approccio più informato e mirato nella gestione dell'umidità nelle costruzioni, elemento cruciale per la conservazione del patrimonio edilizio e per garantire ambienti salubri e duraturi.

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