Opere Marittime e Strutture in Immersione
L'intuizione dice che la parte più sofferente di un molo sia quella sommersa. È il contrario: sott'acqua manca l'ossigeno e il degrado rallenta. A consumarsi è la fascia che alterna bagnato e asciutto, dove il mare arriva, evapora e lascia il sale. Progettare per il mare significa riconoscere che la stessa struttura vive tre vite diverse a quote diverse.
Panoramica
TAV. 00Un'opera marittima non è una struttura ordinaria costruita vicino all'acqua: è una struttura che attraversa tre ambienti distinti lungo la propria altezza, e che in ciascuno si degrada per un meccanismo diverso. La parte permanentemente sommersa è satura d'acqua ma povera di ossigeno, e proprio per questo la corrosione delle armature procede lentamente. La parte perennemente aerea riceve aerosol salino ma resta asciutta, e si comporta in modo relativamente prevedibile. Fra le due sta la fascia di variazione di marea e di spruzzo, che è la più aggressiva di tutte perché riunisce le due condizioni necessarie al degrado: acqua salata che entra nei pori e ossigeno che arriva quando la superficie si asciuga. È lì che i cloruri si concentrano per evaporazioni successive, ed è lì che le opere si rompono. Da questa lettura discende tutto il resto: un calcestruzzo per il mare non si sceglie per la resistenza ma per la permeabilità, perché ciò che conta è quanto lentamente i cloruri riescono ad attraversarlo; il copriferro non è una tolleranza ma il tempo che l'opera impiegherà a degradarsi; e le lavorazioni vanno organizzate attorno a un vincolo che in terraferma non esiste, cioè la marea, che decide quante ore al giorno si può lavorare.
La partitura di posa
TAV. HIl dettaglio del gestole tre zone di un'opera marittima
Riconoscere le tre zone: la stessa opera vive tre vite
Si individuano lungo lo sviluppo verticale dell'opera la zona permanentemente sommersa, la fascia di variazione di marea e di spruzzo e la zona aerea, e si assegnano a ciascuna requisiti diversi di copriferro, composizione del calcestruzzo e materiali delle armature. Si rilevano escursione di marea, moto ondoso e vento dominante.
«Il molo non marcisce sotto: marcisce dove l'acqua va e viene. Guarda la fascia bagnata, non il fondale.»taccuino di cantiere — sintesi redazionale
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Il contrario di quel che sembra
Sott'acqua l'opera dura: si consuma dove il mare va e viene
La corrosione delle armature ha bisogno di due cose contemporaneamente, e questo spiega un fatto che sorprende chiunque guardi un molo degradato: la parte sommersa è spesso la meglio conservata. Sott'acqua i cloruri arrivano in abbondanza, ma l'ossigeno disciolto è poco, e senza ossigeno la reazione di corrosione procede molto lentamente. Nella parte perennemente aerea vale il caso opposto: ossigeno in abbondanza, ma superficie prevalentemente asciutta, quindi trasporto limitato. È la fascia intermedia a riunire le due condizioni, e per giunta le riunisce in modo ciclico: ogni volta che l'acqua bagna e poi evapora, lascia dentro il calcestruzzo il sale che trasportava, e la concentrazione cresce a ogni ciclo invece di stabilizzarsi. Da qui l'indicazione operativa più utile di tutte, sia in progetto sia in manutenzione: la fascia di marea e di spruzzo va trattata come un'opera a sé, con requisiti propri, e va ispezionata per prima.
Schema qualitativo del meccanismo; la definizione delle classi di esposizione in ambiente marino, i copriferri e i requisiti di composizione sono fissati dalla normativa applicabile e dal progetto specifico.
Due degradi diversi
I cloruri non sciolgono il calcestruzzo: bucano il ferro
Conviene tenere separati i due modi in cui il calcestruzzo armato si degrada, perché producono danni diversi e chiedono contromisure diverse. La carbonatazione, tipica degli ambienti urbani, abbassa progressivamente l'alcalinità avanzando come un fronte regolare: quando raggiunge l'armatura, il ferro si depassiva su un'area estesa e la corrosione risulta diffusa, con una ruggine voluminosa che espelle il copriferro. È un danno brutto ma leggibile, perché si annuncia. I cloruri agiscono in modo diverso: non abbassano l'alcalinità in generale, ma rompono lo strato passivo in punti isolati, dove la loro concentrazione locale supera la soglia. Ne deriva una corrosione puntiforme, che scava cavità profonde riducendo la sezione della barra molto prima di produrre segni visibili all'esterno. È la ragione per cui in ambiente marino l'ispezione a vista non basta: una struttura può apparire integra e avere già armature localmente compromesse.
Schema qualitativo dei due meccanismi; la diagnosi su opere esistenti richiede prelievi e misure strumentali, compresa la determinazione del profilo di cloruri in profondità, che compete a laboratori specializzati.
Come invecchia (e cosa lo tradisce)
TAV. PDomande da cantiere
TAV. QPerché la parte sommersa si conserva meglio di quella emersa?
Perché la corrosione dell'acciaio nel calcestruzzo non dipende solo dalla presenza di cloruri ma richiede anche ossigeno, e sott'acqua l'ossigeno disciolto è poco. Il ferro può quindi trovarsi depassivato, cioè privo della protezione chimica che l'alcalinità gli garantiva, e tuttavia corrodersi molto lentamente perché manca l'altro ingrediente necessario alla reazione. Nella zona emersa la situazione si rovescia: ossigeno abbondante, ma superficie che resta asciutta gran parte del tempo, quindi trasporto di cloruri limitato. La fascia intermedia riunisce entrambe le condizioni, e in più le riunisce ciclicamente: l'acqua entra nei pori, evapora, lascia il sale, e il ciclo successivo ne aggiunge dell'altro. La conseguenza pratica è che l'ispezione va concentrata lì, e che nel valutare un'opera esistente il confronto fra la parte sommersa e quella emersa è spesso il dato più informativo: se il degrado è concentrato nella fascia di marea, il meccanismo è quello atteso; se invece è diffuso anche sott'acqua, la causa è probabilmente un'altra e va indagata.
Che legno regge davvero in immersione?
La domanda giusta non riguarda la durezza ma la resistenza biologica, e in ambiente marino il nemico principale non è il marciume ma gli organismi perforanti, che scavano gallerie dentro il legno lasciando la superficie quasi intatta. È un degrado particolarmente insidioso perché non si vede: un palo può apparire sano e avere l'interno svuotato. Storicamente si usavano essenze naturalmente durabili e, in epoche più recenti, trattamenti con biocidi oggi fortemente limitati per ragioni ambientali, il che ha reso interessanti i legni modificati. L'acetilazione, in particolare, agisce sulla struttura chimica del legno riducendone drasticamente la capacità di assorbire acqua: il materiale diventa poco appetibile e poco aggredibile senza aggiungere sostanze tossiche, il che in acqua conta molto perché qualunque biocida finirebbe nell'ambiente. Restano due accorgimenti costruttivi che valgono per qualunque essenza: evitare le zone di ristagno e i dettagli che trattengono acqua e detriti, e prevedere che gli elementi immersi siano ispezionabili e sostituibili, perché nessun trattamento rende il legno eterno sotto il mare.
Conviene l'acciaio inossidabile per le armature?
Conviene dove la logica del copriferro ha esaurito il proprio margine, e non altrove. Il ragionamento è questo: il copriferro compra tempo, perché lo spessore corrisponde agli anni che i cloruri impiegheranno ad attraversarlo. Finché quel tempo è sufficiente rispetto alla vita utile richiesta, aumentare il copriferro è la soluzione più economica. Ci sono però situazioni in cui non basta: elementi sottili in cui lo spessore non può crescere, zone di spruzzo dove la concentrazione superficiale di cloruri è altissima, opere per cui si richiede una vita utile molto lunga, o strutture che non saranno realisticamente manutenute. Lì cambiare il materiale dell'armatura sposta la soglia invece del tempo, perché un acciaio inossidabile tollera concentrazioni di cloruri molto superiori prima di depassivarsi. Il costo è notevole, quindi l'impiego sensato è quasi sempre selettivo: si usa nelle zone critiche, tipicamente la fascia di marea e gli elementi più esposti, mantenendo l'acciaio ordinario dove la protezione passiva è sufficiente. Va però evitata la commistione incontrollata fra i due materiali, che può innescare fenomeni di corrosione galvanica.
Come si ispeziona un'opera marittima?
Partendo da due principi che cambiano il modo di impostare la campagna. Il primo è che l'ispezione a vista, da sola, non basta: la corrosione da cloruri è puntiforme e riduce la sezione delle barre molto prima di produrre distacchi visibili, quindi una struttura può apparire in buono stato e avere armature già compromesse. Servono misure strumentali, in particolare il rilievo del potenziale delle armature, che individua le zone in cui il ferro è attivo, e i prelievi per determinare il profilo dei cloruri in profondità, che dicono quanto è avanzato il fronte e permettono di stimare quanto tempo resta. Il secondo principio riguarda dove guardare: non serve una copertura uniforme dell'opera, serve concentrare lo sforzo nella fascia di marea e di spruzzo, nei nodi e nei punti fessurati, perché è lì che il degrado si concentra. Infine, la questione decisiva è il confronto nel tempo: una campagna isolata dice come sta l'opera oggi, due campagne a distanza dicono a che velocità ci sta andando, ed è questa seconda informazione a permettere di programmare gli interventi invece di subirli.