Università degli Studi di Catania Dipartimento di Metodologie Fisiche e Chimiche per l Ingegneria

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1 Università degli Studi di Catania Dipartimento di Metodologie Fisiche e Chimiche per l Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria Meccanica Corso di Tecnologie di Chimica Applicata LA CORROSIONE Nei terreni 1

2 La formazione del terreno avviene per disgregazione e maturazione delle rocce sotto le azioni fisiche, chimiche, meccaniche e biologiche esercitate dall ambiente. La sua composizione è assai complessa e in continua trasformazione, sia durante il corso della sua formazione, sia dopo per i cambiamenti determinati dal suo uso da parte dell uomo (attività agricole ed attività industriali). La disgregazione dipende essenzialmente dal tipo di roccia-madre e dal tipo di interazione con l ambiente. L umidità è un fattore di primaria importanza legato alle precipitazioni metereologiche 2

3 - Limitate precipitazioni ostacolano la vita vegetale e animale che influenzano enormemente la formazione del terreno; - Troppa umidità impedisce la formazione di un terreno normale Il contenuto organico può variare dallo 0% nella sabbia al 100% nella torba e dipende in genere dalla possibilità di sviluppo della vita vegetale e microbiologica. 3

4 Un parametro importante nel determinare le proprietà corrosive è dato dalle dimensioni delle particelle minerali che costituiscono il terreno. Le particelle minerali le cui dimensioni sono comprese tra 0,07-2 mm sono definite come sabbia, quelle tra 5 e 70 µm come limo, e quelle al di sotto dei 5 µm fino alle dimensioni colloidali sono definite argilla. La proporzione di questi tre gruppi di particelle minerali determinano il tipo di terreno. L argilla è il più importante costituente inorganico del terreno; la sua composizione è variabile e dipende dal tipo e grado di maturazione. E evidente che ai fini delle proprietà corrosive del terreno occorre considerare anche il contenuto di materiale organico, degli aggregati colloidali presenti, di umidità, di gas, di organismi viventi, ecc. Si deve anche fare attenzione al profilo trasversale del terreno in quanto il solo esame della superficie spesso non dà alcuna indicazione sulla natura degli strati sottostanti. 4

5 Un terreno completamente asciutto non corrode in quanto è solo in presenza d acqua che diventa un conduttore elettrolitico. L acqua è presente in varie forme: -acqua libera, cioè quella della falda sotterranea, ha scarso rilievo sulle proprietà corrosive del terreno; -acqua gravitazionale, è quella che si muove, generalmente dopo le precipitazioni, dalla superficie alla falda, la sua presenza è temporanea ma nei terreni argillosi si possono avere ristagni (zone paludose); - acqua capillare, è l acqua trattenuta nei capillari presenti negli agglomerati di sabbia, limo e sabbia, il suo contenuto dipende dal tipo di terreno (la capacità di trattenere acqua è molto più grande per l argilla che per la sabbia) e parzialmente dalle condizioni climatiche ed ambientali. 5

6 I pori del terreno, oltre che l acqua, possono intrappolare gas; anzi acqua e gas sono antagonisti. L aerazione pertanto dipende dalla porosità ed è inversamente proporzionale al contenuto di acqua. Si ritiene che l aria contenuta negli strati più prossimi alla superficie abbia una composizione molto vicina a quella dell atmosfera sovrastante il terreno, eccetto un più alto contenuto di anidride carbonica che deriva dall attività biologica. La diffusione del gas nel terreno dipende essenzialmente dai fattori climatici, soprattutto dalle variazioni di temperatura e pressione 6

7 Un terreno asciutto favorisce condizioni aerobiche in quanto l ossigeno si diffonde più rapidamente. Un terreno bagnato favorisce l instaurarsi di condizioni anaerobiche che, come vedremo sono le più pericolose. Le fluttuazioni del contenuto di aria e di acqua determinano le più grandi variazioni dell attività microbiologica. 7

8 IL PROCESSO DI CORROSIONE E LE PROPRIETA DEI TERRENI Il terreno è un ambiente corrosivo molto complesso. Non esistono due terreni uguali. Tuttavia sono possibili alcune generalizzazioni. Le condizioni di aggressività possono variare da quelle atmosferiche (terreni asciutti) a quelle di completa immersione (zone paludose) a seconda del tipo e della compattezza del terreno e del suo contenuto di acqua. Un fattore importante è l eterogeneità del terreno: - variazioni locali di composizione o di struttura, che sono molto frequenti, stabiliscono aree prevalentemente anodiche o catodiche su un metallo. - differenze di concentrazione di ossigeno, di sali e di acidità esaltano il fenomeno con formazione di zone di aerazione differenziale e di celle di corrosione (pile di concentrazione). 8

9 La velocità di corrosione è strettamente legata alla conducibilità del terreno; alte conducibilità portano ad alte velocità di corrosione. La conducibilità della soluzione contenuta nel terreno dipende dal contenuto di sali solubili, generalmente è piuttosto basso, variando tra 80 e 1500 ppm. I cationi più comuni sono Na, Ca e Mg; questi ultimi due, se presenti in grandi quantità, tendono a dare incrostazioni riducendo l attacco corrosivo. Gli anioni, oltre che contribuire alla conducibilità della soluzione, possono dare, reagendo con i cationi del metallo, sali insolubili incrostanti. Il contenuto ed il tipo di sali nel terreno dipende dal tipo e dalla natura del terreno, dalle attività agricole (uso di fertilizzanti, diserbanti, ecc.) e dalle attività industriali (scarichi e inquinanti). 9

10 Il ph di un terreno, legato al maggiore o minore dilavamento dei Sali basici durante la formazione del terreno stesso, alla quantità di anidride carbonica, alla presenza di acidi organici ed inorganici derivanti da attività biologica, all inquinamento, ecc., è un fattore non direttamente correlabile con le sue proprietà corrosive. Certamente terreni molto acidi con ph 4 o anche più basso, come nel caso di certi terreni fangosi, sono molto corrosivi; ma per la maggior parte dei terreni, che presentano ph compresi tra 5 e 8, l aggressività è legata piuttosto ad altri fattori. Spesso i fenomeni di corrosione nel terreno sono legati a corrosione in presenza di batteri; pertanto anche terreni che da un punto di vista puramente elettrochimico potrebbero essere considerati poco aggressivi possono essere viceversa essere favorevoli alla corrosione biologica. 10

11 Schematizzando si può ritenere che la corrosione elettrochimica è prevalente nei terreni acidi o neutri con alto contenuto salino, in cui l aggressività è dovuta all ossigeno ed all umidità presente; I terreni neutri o basici, ricchi di materiale organico, tendenzialmente impermeabile e a volte argillosi, possono favorire la crescita di microrganismi che causano la corrosione biologica. In ogni caso la protezione dalla corrosione nel terreno si effettua mediante l impiego, spesso congiunto, della protezione catodica e di rivestimenti di tipo bituminoso o polimerico. 11