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Umidità di risalita, la teoria della capillarità

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Umidità di risalita, la teoria della capillarità

L’umidità di risalita è chiamata così per l’azione che si manifesta in verticale sul muro, ma in realtà avviene in tutte le direzioni, quindi anche in orizzontale o verso il basso e si presenta nei materiali da costruzione di origine mineraria che hanno una porosità comunicante, vale a dire dove i pori comunicano tra di loro, formando i vasi capillari, i pori nei materiali da costruzione possono misurare da qualche micron a pochi centimetri, più la porosità sarà piccola tanto più la risalita sarà efficace, per via della tensione superficiale che in capillari stretti esalta la sua forza, mentre più i pori saranno grandi meno la tensione superficiale avrà effetto, ma prevarrà principio dei vasi comunicanti.

L’scensione dell’umidità è proporzionale alla diminuizione del diametro dei capillari

 

 

 

La dimensione dei pori può essere determinata a partire dal valore della pressione del liquido nei vasi capillari, attraverso la cosiddetta equazione di Washburn, che rappresenta il bilancio delle forze per materiali aventi pori cilindrici:

Dove:

  • PL è la pressione del liquido
  • PG è la pressione del gas presente all’interno dei pori; è approssimabile a 0 atm in quanto in genere prima di  procedere all’introduzione del liquido, il campione da analizzare viene posto sottovuoto
  • ơ è la tensione superficiale del liquido
  • θ è l’angolo di contatto di intrusione del liquido
  • Dp è il diametro dei pori del manufatto

 

Le caratteristiche fisiche di un manufatto che influenzano la risalita sono: La porosità e la permeabilità.
La porosità è la quantità in volume di pori distinti in micropori e macropori, possiamo descrivere tutti i materiali lapidei di origine calcarea e vulcanica. Non ci serve sapere molto se non questo: materiali come la pietra pomice sono estranei alla risalita poiché i pori non comunicano tra loro e non può esserci spostamento d’acqua, quando invece i pori formano capillari l’acqua ci si può spostare attraverso. Il diametro associato alla forza di coesione determina la risalita.

La permeabilità è la seconda caratteristica fisica da considerare di un materiale da costruzione, la maggioranza dei materiali da “se non trattati” possiede un sistema di pori interconnessi in vasi capillari, che determina la capacità di farsi attraversare dall’acqua quando ne entra in contatto. Valore che va dallo 0,05% in volume di alcuni marmi al 10-20% in volume dei mattoni in argilla da costruzione. In passato si riteneva impermeabile la Pietra D’Istria, la cui comunque bassa permeabilità fu utile nella costruzione della Repubblica di Venezia, durante la costruzione dei propri edifici veniva adagiato alla base del muro un corso blocchi regolari di questa roccia, per limitare l’imbibizione dell’acqua marina, materiale molto efficace anche per resistere alle burrasche fronte mare, ne è la prova il famoso Ponte dei Sospiri, interamente realizzato in pietra d’Istria.
Le porosità e permeabilità di un corpo in contatto con un liquido generano delle interazioni fra i due, dei fenomeni fisici causati dalle molecole dei materiali sia solidi che liquidi. A seconda del tipo di superficie impermeabile o no avvengono coesione, adesione e tensione superficiale. Questo insieme di fenomeni è denominato capillarità.

La risalita avviene per effetto della tensione superficiale e non dalla presenza di sali, elettrosmog, differenza di potenziale e altre bufale che ormai hanno stancato…

 

 

La coesione è la forza di attrazione di natura elettrostatica che si crea tra le particelle elementari di una stessa sostanza, tenendole unite e opponendosi alle eventuali forze esterne che invece tendono a separarle, la coesione permette alle molecole d’acqua di aggregarsi in gocce che tendono a rimanere unite, come quando vediamo una goccia di condensa che scivola lungo il vetro, per focalizzare meglio la cosa immagina di giocare con una goccia d’acqua su un ripiano e di tagliarla e riunirla in continuazione, ogni volta chela riunirai essa tornerà ad essere una cupola omogenea o quasi.

L’adesione è l’insieme dei fenomeni fisico-chimici che si producono nell’attrazione molecolare tra due materiali di natura differente posti a contatto, nel nostro caso l’acqua ed il muro, oppure l’acqua che rimane in un bicchiere o in una bottiglia dopo che l’hai versata, una parte anche se poche gocce rimane sempre all’interno.

La tensione superficiale è la densità superficiale di energia di legame sull’interfaccia tra un corpo continuo e un materiale di un’altra natura, ad esempio un solido, un liquido o un gas. Che in parole più masticabili è rappresentata dalla forza che possiede un liquido in superficie, dovuta alla presenza di un recipiente permeabile o impermeabile. Un esempio per farmi capire meglio è quello dell’acqua in un bicchiere di vetro, avete mai portato il livello dell’acqua fino al bordo del bicchiere? Avrete sicuramente notato che il liquido genera un menisco verso l’alto, dovuto alla forza di coesione che tende a far rimanere integro il liquido generando una tensione superficiale, sfruttando questa forza gli insetti camminano sull’acqua in uno stagno, oppure piccoli oggetti metallici possono rimanere a galla.

Graffetta tenuta in sospensione dalla tensione superficiale

 

 

 

 

 

Sappiamo quindi che l’acqua attraversando un corpo (marmo, tufo, argilla, granito, materiali calcarei, ecc.) può incontrare capillari larghi ed in questo caso la risalita avverrà con più difficoltà per il principio dei vasi comunicanti (esempio nel Tufo) che tende ad equilibrare il livello del fluido, oppure può inserirsi in capillari sottili (dentro un muro in mattoni) dando il via al fenomeno della diffusione capillare che avviene quando un liquido esposto all’aria si ritrova in capillari sottili al punto da generare una pressione capillare in grado di vincere la forza di gravità.

Ogni molecola, attrae ed è attratta dalle molecole vicine (forze di Van der Vaals). La forza di coesione dell’acqua unita alla pressione capillare e all’attrazione tra le sue molecole genera lo spostamento d’acqua a 360⁰ e quindi anche la risalita.

Passando alla pratica se confrontiamo la presenza di umidità di risalita dove non c’è alcuna barriera in un muro composto di mattoni faccia a vista e fughe in malta a base di calce con un muro realizzato nello stesso modo e intonacato con malta bastarda di calce e cemento (pratica avvenuta spesso dal dopo guerra) noteremo molto più umido il secondo a parità di situazione ambientale (drenaggio, fenomeni atmosferici, ecc.).

La diffusione capillare avviene nello stesso modo per entrambe le murature, ma il cemento presente nell’intonaco crea un involucro impermeabile, che esalta la forza di coesione dell’acqua. Nel caso dei marmi e graniti la porosità non è continua ne elevata come nel caso precedente e la risalita sarà più modesta ma non assente.

cristallizzazione di nitrati in un ex fienile restaurato a Ferrara

 

 

 

 

 

Un altro fattore è l’osmosi, la diffusione del solvente (acqua) attraverso una membrana semipermeabile (il muro). Il movimento dell’acqua avviene da una zona di minor concentrazione di soluto verso una regione a maggior concentrazione, a seconda del gradiente di concentrazione, ovvero l’acqua si sposta dove c’è ne è meno. È un processo fisico che avviene senza apporto di energia esterna e tende a diluire la soluzione più concentrata. Senza dimenticare che i sali, in quanto igroscopici, se in numerosa percentuale possono trattenere acqua senza farla spostare, prevalendo l’osmosi.
In conclusione la risalita è il frutto di combinazioni variabili fisiche difficile da calcolare e non si esclude che anche la valenza positiva o negativa dei sali presenti nel manufatto possa influenzarne l’efficacia, ma non siamo abbastanza avanzati tecnologicamente per calcolarne l’influenza.

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