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LA CORROSIONE, I TRATTAMENTI PROTETTIVI E LA DURABILITÀ

LA PROGETTAZIONE CONTRO LA CORROSIONE


LA CORROSIONE
La corrosione è un fenomeno di graduale deterioramento di un materiale metallico per interazione con l’ambiente circostante. Essa avviene nello strato di umidità (condensa) onnipresente sulla superficie del metallo, spesso non visibile a occhio nudo, secondo processi di ossido-riduzione tra l’acciaio e l’ossigeno atmosferico.
 
Foto: AIZ - Associazione Italiana Zincatura

La velocità di corrosione viene condizionata da diversi fattori quali l’umidità relativa, l’aumento del tasso d’inquinamento in atmosfera e la concentrazione salina nella condensa dovuta alla presenza di polveri e di altri agenti aggressivi come le sostanze inquinanti. L’acciaio nelle opere, indipendentemente se si tratti di componenti strutturali o meno, è interessato dalla corrosione in misura dipendente dall’aggressività dell’ambiente. L’acciaio è infatti un materiale, che per sua natura, è vulnerabile alla corrosione in determinate situazioni, come l’esposizione ad aria umida soprattutto in ambienti molto aggressivi o inquinati.

Il processo corrosivo all’aria è tipicamente di tipo elettrochimico. Sono coinvolte reazioni di ossido-riduzione propiziate da scambi elettronici che creano sull’acciaio le condizioni per l’ossidazione (la sua superficie si ossida, ovvero si comporta da “anodo”, perde gli elettroni e forma la ruggine).

La ruggine, formata di ossidi ed idrossidi del ferro, è il prodotto chimico della corrosione dell’acciaio. Per sua caratteristica, essa non aderisce alla superficie ed è molto porosa, facilmente permeabile ulteriormente dagli agenti corrosivi, rendendo progressiva la diffusione del processo di ossidazione.

È indispensabile progettare bene la difesa dalla corrosione di opere in cui l’acciaio viene a contatto con l’esterno nelle zone marine, industriali ed urbane in cui vi è presenza di diversi agenti aggressivi determinati dalla salsedine o dall’inquinamento. Anche per gli utilizzi che comportano il solo contatto con atmosfere interne, a cui compete la minore incidenza della degradazione, occorre prestare attenzione all’eventualità che possano esservi aree più esposte alla formazione di condense od infiltrazioni, specialmente nel caso in cui le parti metalliche vengono rese non ispezionabili.
 
PROTEZIONE CONTRO LA CORROSIONE

Per contrastare il fenomeno della corrosione si può intervenire sulle cause, rendendo l’acciaio meno vulnerabile mediante trattamenti di protezione superficiale o materiali in grado di passivarsi, ovvero di formare sulla superficie patine di prodotti compatti e protettivi, ancorché sottili. Il sistema di protezione deve perseguire l’isolamento della superficie del manufatto dall’ambiente esterno aggressivo ed essere in grado di inibire i processi di ossidazione che danno luogo alla corrosione atmosferica.

Nella prassi, per le strutture in acciaio la protezione contro la corrosione viene ottenuta attraverso:

La protezione dalla corrosione mediante rivestimento può essere di due tipi:
  •  applicazione sull’acciaio di sistemi polimerici che comportino un rivestimento della superficie in grado di frapporsi tra l’acciaio e le specie aggressive (effetto barriera o protezione passiva), come la verniciatura (a liquido o a polvere);
  • applicazione sull’acciaio di rivestimenti metallici che, oltre a sfruttare l’effetto barriera, offrono una protezione di tipo elettrochimico (protezione catodica o attiva) impedendo l’ossidazione dell’acciaio grazie ad un rifornimento costante di elettroni, come la zincatura a caldo;
  • Sistemi “duplex”, realizzati mediante l’unione dei due sistemi precedenti
Per i manufatti a valenza strutturale, l’applicazione dei rivestimenti protettivi deve essere eseguita seguendo le indicazioni fornite nella norma UNI EN 1090-2.

Un criterio guida essenziale nella scelta del sistema protettivo deve portare alla massima durabilità possibile, in modo da ridurre i costi per le manutenzioni. Il sistema protettivo deve pertanto essere:
  • Praticabile
  • Affidabile
  • Robusto
  • Economicamente compatibile ed ecocompatibile
  • Tale da facilitare le attività ispettive e manutentive, soprattutto nelle parti di difficile accessibilità.

Foto: Alex Filz - PICHLER Projects


VITA UTILE E DURABILITÀ

La redditività del costo di un determinato sistema anticorrosivo è direttamente proporzionale alla durata della sua efficacia, in quanto nell’arco di vita utile dell’edificio vengono limitati gli interventi manutentivi straordinari.

La durabilità da richiedere ad un sistema anticorrosivo, intesa come il tempo previsto di durata dell’efficacia di quest’ultimo fino al primo importante intervento di manutenzione, deve essere proporzionata alla vita utile dell’opera in modo da limitare i costi manutentivi diretti e indiretti, quali la mancata disponibilità degli spazi, i disagi tecnici e sociali durante le manutenzioni.

Dopo aver fissato la vita utile del manufatto, è quindi fondamentale stabilire la “vita nominale” richiesta alla struttura (NTC “Norme Tecniche per le Costruzioni”), dunque identificare la durabilità da richiedere ai sistemi di protezione alla corrosione (UNI EN ISO 12944-1/9 per la verniciatura, UNI EN ISO 14713-1/2 zincatura).
 

Tab. 2.4.I - Valori minimi della Vita nominale VN di progetto per diversi tipi di costruzioni (NTC 2018)


Foto: Davide Dolcini - Fondazione Promozione Acciaio
 
Sistemi anticorrosivi con scarsa durabilità richiederanno numerosi interventi di manutenzione straordinari nel corso della vita utile del manufatto, quelli con durabilità importanti potranno arrivare anche ad escluderli.

La verniciatura protettiva realizzata secondo UNI EN ISO 12944-5, ad esempio, ha una durabilità molto variabile, in base alla classe del trattamento protettivo e all’ambiente in cui si trova il manufatto metallico, generalmente può durare dai 2 ai 15 anni. La sua durata effettiva dipende da una serie di fattori.

La zincatura a caldo, realizzata secondo UNI EN ISO 1461, determina una protezione di durabilità molto lunga, quantificabile svariati decenni. A seconda dell’ambiente di esposizione e dello spessore del rivestimento, possono essere facilmente superati i cinquanta anni e, in alcuni casi, anche il secolo senza esigenza di interventi di manutenzione.

Si può considerare un trattamento protettivo anche lo strato di “ossidi” che protegge l’acciaio autopatinabile, esso infatti crea una protezione impermeabile che protegge l’acciaio sottostante anche oltre i 30 anni nelle condizioni ideali di utilizzo.

Si consideri, però, che la valutazione della durabilità, per tutti i materiali e trattamenti protettivi, va effettuata in modo dettagliato se c’è la possibile presenza di punti in cui gli inquinanti, le specie reattive o le soluzioni conduttive, possano determinare un’aggressione localmente più forte. Ciò suggerisce che la protezione dalla corrosione (ovvero la sua progettazione) sia prevista in modo da evitare su tutta la superficie del manufatto condizioni che la rendano meno efficiente.
 
Foto: Studio Impicciatore
 

IDENTIFICAZIONE DELLA CLASSE DI CORROSIVITÀ

Dopo la definizione della “vita nominale” della struttura, il progettista deve individuare la corrosività dell’ambiente nella zona in cui la struttura sarà ubicata e la conseguente identificazione della durabilità dei sistemi di protezione alla corrosione a seconda del tipo di protezione scelta.

Per l’identificazione e la valutazione della corrosività dell’ambiente è possibile trovare utili riferimenti nella norma UNI EN ISO 9223. Tale norma stabilisce un sistema di classificazione della corrosività di ambienti atmosferici, suddiviso in categorie, basate sulla velocità di corrosione rilevata in un anno su provini normalizzati di metalli e leghe. La norma rende pertanto possibile una stima di massima della classe di corrosività basata sulla conoscenza della situazione ambientale locale, specificando i fattori chiave nella corrosione atmosferica. Questi sono costituiti dall'effetto combinato di temperatura e umidità e dall'inquinamento da biossido di zolfo e da salinità trasportata dall'aria.

La UNI EN ISO 9223 individua dunque 6 categorie di corrosività dell’ambiente, dalla C1 (molto bassa) alla CX (estrema), in relazione alla velocità con cui il metallo (acciaio) o il rivestimento protettivo (zinco) perde massa e spessore rilevata nel primo anno.

Facendo riferimento alla norma UNI EN ISO 9224 nella progettazione è inoltre possibile utilizzare valori guida dell'attacco corrosivo dei metalli anche per esposizioni maggiori di un anno, tenendo conto altresì della non linearità nel tempo di questi parametri.

Si possono distinguere quattro principali condizioni di riferimento ovvero ambienti di esposizione (che valgono anche per le valutazioni sugli acciai patinabili):
  • Rurale: alternanza di umidità e atmosfera secca – assenza pressoché di inquinanti;
  • Urbana: alternanza di umidità e atmosfera secca – presenza di diossido di zolfo (SO2);
  • Marina: umidità relativamente alta – presenza di cloruri che accelerano la corrosione;
  • Industriale: presenza di agenti chimici – livello di corrosione legato al tipo di sostanza inquinante rilasciata nell’aria.
Per la zincatura a caldo, realizzata secondo UNI EN ISO 1461, utili riferimenti si trovano negli standard UNI EN ISO 14713-1 ed UNI EN ISO 14713-2.

Viene riportata in seguito la tabella descrittiva delle tipologie di ambiente in funzione delle categorie di corrosività, per la zincatura a caldo, con riferimento alla norma UNI EN ISO 14713-1.
 

Prospetto 1 – Descrizione degli ambienti atmosferici tipici in relazione alla stima delle categorie di corrosività (UNI EN ISO 14713-1)
Per la verniciatura la normativa di riferimento è la UNI EN ISO 12944-1/9. In particolare, la classificazione degli ambienti è trattata all’interno della parte 2, di cui viene presentato in seguito un estratto della relativa tabella 1, che fornisce esempi in funzione della categoria di corrosività.
 

Tabella 1 - Categorie di corrosività atmosferica ed esempi di ambienti tipici (UNI EN ISO 12944-2)


Foto Nord Zinc spa


PROGETTAZIONE

La durabilità dei materiali e della protezione superficiale deve essere garantita dalla corretta scelta dei materiali. Il materiale o il suo trattamento anticorrosivo devono garantire i seguenti requisiti:
  • Protezione resistente ad urti ed abrasioni;
  • Protezione passiva (effetto barriera) e/o attiva (catodica);
  • Il massimo livello possibile di adesione alla superficie da proteggere;
  • Protezione anche in caso di superfici chiuse o non ispezionabili;
  • Protezione per tutta la durata in esercizio della struttura con il minor numero possibile di manutenzioni, cioè in grado di durare per tutta la vita utile dell’opera idealmente senza interventi di manutenzione o riducendone al minimo la frequenza senza alcuna perdita di sicurezza strutturale).
Quest’ultima indicazione non deve portare alla riduzione della sorveglianza che, al contrario, deve essere garantita con costanza e frequenza delle ispezioni. Esse sono da stabilirsi al momento della progettazione del sistema anticorrosivo al pari delle manutenzioni, al fine di ovviare a danneggiamenti per imprevisti, condizioni locali di particolare aggressività o danni locali alla protezione per qualsivoglia motivo, variazione delle condizioni ambientali di esposizione, errori realizzativi eventuali che possano comportare il non corretto funzionamento in qualche punto del sistema anticorrosivo, etc.
La scelta del sistema anticorrosivo e la stesura del relativo piano delle manutenzioni deve essere effettuata sin dalle prime fasi progettuali per tener conto degli ambienti aggressivi, delle opportune misure preventive già individuabili e delle corrette predisposizioni per l’applicazione a regola d’arte della protezione. Occorre favorire metodi e sistemi protettivi applicati in ambienti industriali controllati, piuttosto che demandare la protezione a fasi di cantiere.

MANUTENZIONE ORDINARIA

La durata in esercizio di una struttura protetta è generalmente superiore alla durata del sistema protettivo adottato. In quest’ottica è necessaria la stesura di un programma di manutenzione, in accordo con l’attuale normativa tecnica, che permetta la fruibilità della struttura per tutto il periodo di servizio di riferimento (vita nominale).

Il programma deve prevedere una manutenzione ordinaria, da tenersi con cadenza regolare per tutta la vita nominale della struttura, a seconda delle necessità scaturenti dal particolare trattamento protettivo adottato. È fondamentale che i committenti, la direzione lavori, i costruttori, i realizzatori del rivestimento protettivo e i controllori dei rivestimenti, siano a conoscenza di informazioni concise e precise circa il sistema protettivo utilizzato per proteggere la struttura. Queste informazioni devono essere complete, senza ambiguità e facilmente comprensibili per permettere a tutti i soggetti coinvolti di interpretare correttamente le indicazioni al fine di consentire le verifiche e le successive operazioni manutentive. Colui che realizza il rivestimento protettivo dovrebbe fornire tutte le indicazioni per permettere la stesura del piano di manutenzione ordinaria.

È necessario eseguire un’ordinaria manutenzione al manifestarsi delle tracce della ruggine (per esempio, se si riscontra una presenza di ruggine su più del 5% di una struttura). Sarebbe preferibile appena vengano riscontrate alterazioni del rivestimento protettivo (sfarinamenti, screpolature, vescicamento, danneggiamenti, distacchi, diffusione di prodotti della corrosione all’interno dei rivestimenti, ecc.)

ISPEZIONE

Per ogni sistema anticorrosivo va stabilita una frequenza di ispezione onde verificare la tenuta del sistema stesso sia globale sia nei punti in cui possano localmente verificarsi delle criticità o imprevisti (come, ad esempio, inevitabili criticità progettuali, danneggiamenti accidentali, variazione delle condizioni di esposizione).

Anche per trattamenti affidabili e di lunga durabilità come la zincatura a caldo, che in genere non richiede manutenzione se non dopo svariate decadi di esercizio, è consigliabile prevedere delle campagne ispettive a cadenza regolare (per esempio ogni 5-10 anni) per verificare che non ci siano punti in cui, anche per cause occasionali non prevedibili, possa esserci un consumo anomalo del rivestimento.

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

  • D.M. 17/01/2018 – NTC 2018
  • UNI EN 1090-2:2018
  • UNI EN ISO 1461:2009
  • UNI EN ISO 9223:2012
  • UNI EN ISO 9224:2012
  • UNI EN 10025-5:2005
  • UNI EN ISO 12944-1:2018
  • UNI EN ISO 12944-2:2018
  • UNI EN ISO 12944-3:2018
  • UNI EN ISO 12944-4:2018
  • UNI EN ISO 12944-5:2018
  • UNI EN ISO 12944-6:2018
  • UNI EN ISO 12944-7:2018
  • UNI EN ISO 12944-8:2018
  • UNI EN ISO 12944-9:2018
  • UNI EN ISO 14713-1:2017
  • UNI EN ISO 14713-2:2010

 
Contenuti a cura di Fondazione Promozione Acciaio - Riproduzione Riservata.  
Si ringraziano AIZ - Associazione Italiana Zincatura e Nord Zinc spa per il materiale tecnico

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