MANUALE DI PROGETTAZIONE PER STRUTTURE IN ACCIAIO INOSSIDABILE. QUARTA EDIZIONE (2017) - 5
La causa più comune di corrosione atmosferica sono le particelle metalliche di
ferro che si formano nel corso della produzione e del montaggio ed i cloruri di
origine marina, i sali anti-gelo, l’inquinamento industriale e chimico (ad esempio
candeggina e acido cloridrico). Alcune particelle depositate
(polvere, sabbia,
vegetazione o detriti di varia natura), pur se inerti, creano interstizi e sono in grado
di adsorbire sali, prodotti chimici e soluzioni acide dalle piogge. Se questi depositi
si mantengono umidi per un sufficiente lasso temporale possono creare localmente
un ambiente aggressivo.
La finitura superficiale influenza in maniera significativa l’aspetto dell’acciaio
inossidabile esposto all’ambiente esterno, ad esempio: influenzando la facilità con
cui vengono trattenute le particelle presenti nell’ambiente, facilitando o meno il
mantenimento delle condizioni di pulizia tramite il semplice dilavaggio con acqua
piovana. Conseguentemente la finitura superficiale influenza in maniera
significativa le proprietà anti-corrosive dell’acciaio inossidabile. Finiture
superficiali più lisce favoriscono senza dubbio le proprietà anti corrosive
dell’acciaio inossidabile.
3.3.2
Acqua marina
L'acqua marina, compresa quella salmastra, ha un alto contenuto di cloruri ed è
perciò corrosiva. Severa corrosione da pitting si può avere nei gradi 1.4301 e
1.4401. Questi stessi gradi possono soffrire anche per corrosione interstiziale
causata in corrispondenza di dettagli strutturali o per la crescita di microrganismi
(ad esempio balani) che creano le condizioni interstiziali avverse.
In quelle applicazioni in cui il componente può essere ispezionato e una leggera
corrosione estetica può essere tollerata il grado duplex 1.4462 è adatto. Gradi più
performanti sono i super austenitici, super ferritici e super duplex che contengono
una concentrazione maggiore di elementi come cromo, nichel, molibdeno, rame e
azoto. Questi gradi hanno un livello di resistenza alla corrosione che li rende adatti
ad ambienti sommersi e in presenza di acidi. Gradi super austenitici più noti sono
1.4565, 1.4529 e 1.4547 e super duplex 1.4410, 1.4501 e 1.4507.
Cicli regolari di immersione, spruzzo o vaporizzazione con acqua salata possono
essere altrettanto aggressivi di un ambiente in perenne immersione in quanto la
concentrazione di cloruri sulla superficie q innalzata dall’evaporazione dell’acqua.
Problemi simili si incontrano nei pozzetti di drenaggio di acqua ricca di sali anti-
gelo.
Bisogna considerare la possibilità di una forte corrosione galvanica nei casi in cui
l'acciaio inossidabile venga utilizzato con altri metalli in presenza di acqua di mare.
3.3.3
Altri tipi di acqua
I gradi standard austenitici e duplex si comportano bene in presenza di acqua
distillata, proveniente dalle caldaie e dal sistema di trasporto urbano. Se il pH
dell’acqua q inferiore a
4 q necessario il consulto con uno specialista per
selezionare il giusto grado.
L’acqua di lago o fiume non trattata e quella utilizzata nei processi industriali può
dimostrarsi molto corrosiva. Per poterla valutare è necessario determinarne la
composizione chimica completa, compreso il valore del pH, il contenuto solido in
quantità e qualità, la concentrazione di cloruri. Inoltre hanno influenza sulla
corrosività anche il range di temperatura, l’attività biologica e microbiologica, ed il
tipo e la concentrazione degli agenti chimici. Se l’acqua non rispetta i parametri
standard per l’acqua potabile q necessario avvalersi del consulto di uno specialista
per la selezione del grado.
34
E' necessario considerare le probabilità di fenomeni di erosione-corrosione nel caso
di acque che contengono particelle abrasive.
3.3.4
Ambienti con presenza di prodotti chimici
L’acciaio inossidabile è resistente a molte specie chimiche, per questo motivo è
spesso utilizzato per il loro trasporto e stoccaggio. Gli ambienti chimici ricadono al
di fuori del campo di applicazione coperto dalla EN 1993-1-4 e da questo Manuale.
Per molte applicazioni in ambienti chimici esistono gradi di acciaio inossidabile
che sono più adatti a quelli espressamente trattati nel Manuale. In questi casi si
rimanda alle norme specifiche ed è comunque necessario il consulto con uno
specialista del settore.
La documentazione dei produttori sui risultati delle prove di resistenza alla
corrosione per numerosi prodotti chimici richiede un’attenta interpretazione.
Nonostante essa possa offrire un'indicazione sulle resistenze alla corrosione di un
certo grado di acciaio, le condizioni operative
(temperatura, pressione,
concentrazione, ecc.) variano ed in genere sono diverse da quelle di prova; inoltre
le impurità ed il grado di aerazione della soluzione possono avere un notevole
effetto sui risultati.
3.3.5
Terreni
La corrosione esterna dell’acciaio inossidabile interrato dipende dalla chimica e
dalla resistività del terreno. I terreni differiscono nella loro corrosività in funzione
del livello di umidità, del pH, dell’aerazione, della presenza di contaminazione
chimica, dell’attività microbiologica e del drenaggio superficiale. Gli acciai
inossidabili generalmente lavorano bene in una varietà di terreni e particolarmente
bene in terreni ad alta resistività, sebbene dei casi di corrosione per pitting
(vaiolatura) sono stati osservati in terreni umidi a bassa resistività. La presenza di
specie chimiche aggressive come ioni cloruro e solfati così come di alcuni tipi di
batteri e di correnti vaganti
(dovute all’alimentazione di sistemi di trasporto
elettrici locali come treni e tram) può causare corrosione localizzata. Lo sviluppo di
corrente vagante può essere soppresso con un adeguato isolamento elettrico delle
strutture
(es. rivestimenti o avvolgimenti nel caso di condutture) e/o mediante
protezione catodica.
Per la selezione del grado, è raccomandato considerare la resistenza alla corrosione
dell’acciaio inossidabile interrato in primo luogo in relazione alla presenza di ioni
cloruro, in secondo luogo in funzione della resistività e del pH del terreno,
assumendo conservativamente che i terreni siano scarsamente drenati. La Tabella
3.1 raccomanda i gradi adatti per differenti condizioni di terreno.
35
Tabella 3.1
Gradi di acciaio inossidabile per l’impiego in differenti tipologie
di terreno
Sito
Condizioni del terreno
Grado di acciaio
Cl
< 500 ppm
1.4301, 1.4307
Entroterra
Resistività >1000 ohm cm
1.4401, 1.4404
pH
> 4,5
Presenza di cloruri
Cl
< 1500 ppm
(ambiente costiero/Sali
Resistività >1000 ohm cm
anti-gelo)
1.4401, 1.4404
Zone non raggiunte dalle
pH
> 4,5
maree
Presenza di cloruri
Cl
< 6000 ppm
(ambiente costiero/Sali
Resistività >500 ohm cm
anti-gelo)
1.4410, 1.4547, 1.4529
Zone raggiunte dalle
pH
> 4,5
maree
Nota:
Il grado 1.4410 è un super-duplex e i gradi 1.4547 e 4529 sono super-austenitici. Questi
gradi non sono generalmente utilizzati nelle costruzioni e non rientrano tra gli scopi di
questo Manuale di Progettazione.
3.4
Controllo della corrosione in fase di progetto
L'operazione più importante nella prevenzione dei problemi di corrosione è la
scelta di una qualità appropriata di acciaio inossidabile, prodotto con processi adatti
in funzione dell'ambiente di servizio. Tuttavia, dopo la scelta di un particolare
acciaio, bisogna fare il possibile per sfruttare al massimo la resistenza alla
corrosione del materiale, ponendo la massima attenzione ai dettagli. In fase di
programmazione e nella fase della progettazione esecutiva devono essere
considerate le azioni anticorrosive.
La Tabella 3.2 fornisce una lista di controllo. Non tutti i punti offriranno i migliori
dettagli dal punto di vista strutturale, né tutti i punti devono ritenersi applicabili ad
ogni ambiente. Alcuni suggerimenti sono superflui, in particolare in ambienti poco
corrosivi o in ambienti sottoposti a regolare manutenzione. La Figura 3.1 illustra le
caratteristiche di progetto, valide e non, per la durabilità.
36
Tabella 3.2
Controllo della corrosione in fase di progetto
Evitare l'accumulo di sporcizia, umidità e depositi
orientare i profili ad angolo e a C per render minima la possibilità di accumulo di umidità
o depositi di varia natura
prevedere fori di drenaggio con dimensioni sufficienti per evitare l’intasamento
evitare superfici orizzontali
prevedere una leggera inclinazione nei rinforzi "a fazzoletto" normalmente giacenti su
piani orizzontali
usare elementi tubolari e barre (sigillandoli con aria o gas anidri in caso di rischio di
formazione di condense pericolose)
specificare finiture levigate, o, se non è possibile, orientare le linee della finitura in
direzione quanto più verticale possibile
Evitare fessure non sigillate
dove possibile prediligere connessioni saldate anziché bullonate
utilizzare saldature di chiusura o materiali di riempimento
sono preferibili cordoni di saldatura rivestiti/profilati in modo da ottenere superfici
quanto più lisce possibile
evitare incrostazioni di microrganismi.
usare rondelle di materiale inerte o sigillanti di alta qualità per connessioni bullonati
scoperte e non immerse
Ridurre la possibilità di rotture da tensocorrosione negli ambienti in cui essa può
manifestarsi (cfr. 3.2.4):
ridurre al minimo le tensioni residue di fabbricazione con un'accurata scelta dei cicli di
saldatura
applicare trattamenti di pallinatura (evitando però l’uso di materiali in acciaio al carbonio
per evitare la contaminazione della superfici).
Ridurre la possibilità di corrosione da pitting (cfr. Cap. 11):
asportare le gocce di saldatura
Decapare per rimuovere le zone con colorazione da riscaldo. Reagenti fortemente
ossidanti che contengono cloruri come il cloruro ferrico devono essere evitati; al loro
posto possono essere utilizzati bagni o paste decapanti contenenti una miscela di acido
nitrico e acido fluoridrico. Le saldature vanno sempre pulite per ristabilire la resistenza
alla corrosione. Per pulire le saldature e le zone con colorazione da riscaldo possono
essere utilizzati altri metodi come il decapaggio meccanico con abrasivi o la sabbiatura
con sfere di vetro, o l’elettrolisi localizzata.
evitare l'inserimento di particelle di acciai al carbonio (ad es., utilizzare locali di fabbrica
ed utensili esclusivamente per l'acciaio inossidabile)
adottare un idoneo piano di manutenzione.
Ridurre la possibilità di corrosione galvanica (cfr. 3.2.3):
fornire un isolamento elettrico tra i materiali collegati con materiale inerte come ad
esempio il neoprene
utilizzare vernici in maniera appropriata
ridurre l'esposizione all'umidità
impiegare metalli con potenziali elettrici molto vicini.
37
No Si
Angoli
Angoli
arrotondati
vivi
cordone di
saldatura
Saldatura
Riempimento
per punti
della fessura
Figura 3.1
Confronto di dettagli progettati in maniera errata e corretta
ai fini della durabilità
38
3.5
Scelta dei materiali
3.5.1 Introduzione
Nella maggior parte delle strutture in acciaio inossidabile si intende sfruttare la
resistenza alla corrosione sia per motivi estetici, che per ridurre al minimo la
manutenzione o avere la massima durata. La resistenza alla corrosione deve
pertanto essere il criterio fondamentale per la selezione del grado di acciaio più
adatto.
La scelta di un corretto grado di acciaio inossidabile deve tener conto dell'ambiente
di esercizio, del processo cui l’acciaio sarà sottoposto (saldatura, angoli di piega),
della finitura superficiale e della manutenzione della struttura. Inoltre il progettista
deve definire i livelli di corrosione accettabili: se q sufficiente mantenere l’integrità
strutturale ma non q importante l’estetica del materiale allora possono essere
accettati gradi meno performanti con conseguente risparmio sul costo del
materiale; al contrario se l’aspetto estetico q anche importante bisogna specificare
gradi più alti, una finitura superficiale più levigata e eventualmente il lavaggio
della superficie per mantenerla pulita. Va osservato che le esigenze di
manutenzione sono minime: il semplice lavaggio dell'acciaio inossidabile,
eventualmente anche da parte della pioggia, è assai importante per l'aumento della
sua durata in servizio.
Il primo passo è la caratterizzazione dell'ambiente di esercizio, compresa la
previsione di scostamenti possibili rispetto alle condizioni di progetto. In aggiunta
alla possibile esposizione a sostanze corrosive bisogna anche considerare le
condizioni operative, climatiche e eventuali dettagli progettuali che possano avere
influenza sulle perfomance e la durata in servizio. Per esempio in applicazioni
industriali la combinazione e la concentrazione degli elementi chimici, il tempo di
esposizione, la possibilità di accumulo di depositi, l’acidità e la possibilità di
effettuare lavaggio sono tutti aspetti che hanno influenza sulle performance della
struttura. Nelle applicazioni come materiale di rivestimento o comunque esterno
l’esposizione alle piogge, il livello di umidità, la concentrazione del particolato
nell’aria, la presenza di spruzzi salini, cicli d’immersione o immersione completa
in acqua con concentrazione di cloruri, sono tutti fattori che vanno considerati. In
tutte le applicazioni, i dettagli progettuali con interstizi non sigillati, il contatto con
altri metalli, la finitura superficiale, sono tutti aspetti che influenzano la resistenza
alla corrosione. Bisogna tenere in considerazione anche scenari futuri o cambi di
destinazione. Installazioni anche molto vicine possono avere livelli di esposizione
ad agenti significativi anche molto diversi.
I gradi di acciaio più indicati possono essere selezionati per offrire una globale e
soddisfacente resistenza alla corrosione nell'ambiente in cui saranno inseriti. La
scelta deve tener conto del tipo di corrosione che può manifestarsi.
Successivamente, va tenuto conto delle proprietà meccaniche, della facilità di
produzione, della disponibilità delle diverse forme del prodotto, della finitura
superficiale e dei costi.
3.5.2 Procedura per la selezione dei gradi austenitici e duplex
secondo EN 1993-1-4
L’Allegato A della EN 1993-1-4 riporta una procedura per la selezione del grado di
acciaio inossidabile nelle strutture portanti. La procedura è applicabile alle opere in
carpenteria metallica e per la selezione dei materiali per i fissaggi nel calcestruzzo
e nelle murature bisogna riferirsi alle EN 1992 e EN 1996 rispettivamente. La
suddetta procedura da indicazioni su:
disponibilità effettiva di gradi e prodotti,
39
requisito della finitura superficiale, per esempio per motivi architettonici o
d’igiene,
metodi di giunzione e collegamento.
La procedura presuppone che i seguenti criteri siano soddisfatti:
l’ambiente di servizio q in un intervallo di pH da 4 a 10,
le parti strutturali non sono a contatto diretto con un processo chimico,
l’ambiente di servizio non q permanente o frequente in immersione di acqua di
mare.
Se le suddette condizioni non sono soddisfatte bisogna avvalersi della consulenza
di uno specialista per la selezione del grado.
La procedura q adatta per gli ambienti tipici dell’Europa. La procedura può
dimostrarsi fallace in alcune parti del mondo come il Medio Oriente, l’Estremo
Oriente e l’America Centrale.
La procedura consiste nei seguenti passi:
Determinazione del
Corrosion Resistance Factor
(CRF) dell’ambiente
(Tabella 3.3);
Partendo dal CRF si determina la
Corrosion Resistance Class
(CRC)
(Tabella 3.4).
Nella Tabella 3.5 per ogni CRC si riporta una lista di gradi. La selezione del grado
adatto tra quelli elencati va fatta secondo altre esigenze come la resistenza
meccanica richiesta, la disponibilità nella forma di prodotto richiesta, etc. La
specifica del materiale sulla base della CRC e della resistenza di progetto, ad
esempio CRC II e
= 450 N/mm2, è sufficiente per consentire al fornitore di
identificare il giusto grado.
La procedura si applica a componenti esposti all’ambiente esterno. Per componenti
in ambienti interni controllati il CRF è pari a 1,0. Un ambiente interno controllato è
un ambiente con aria condizionata, riscaldato o confinato da porte chiuse.
Parcheggi multipiano, i capannoni o altre strutture con ampie aperture vanno
considerati come ambienti esterni. Gli interni delle piscine coperte sono casi
speciali di ambienti interni (cfr. 3.5.3).
Il CRF dipende dall’aggressività dell’ambiente e va calcolato come segue:
F1 F2 F3
dove
= Rischio di esposizione a cloruri da acqua salata o sali anti-gelo;
= Rischio di esposizione a diossido di zolfo;
= Modalità di pulizia o esposizione a delavaggio della pioggia.
Il valore da attribuire ad
per applicazioni in zona costiera dipende dalla
particolare posizione in Europa e deriva dall’esperienza maturata su strutture
esistenti, dati sperimentali di esposizione e misure della distribuzione dei cloruri.
Dato l’ampio range di casistica esistente in Europa per questo tipo di ambiente
molto spesso la valutazione del CRF sarà conservativa.
Gli Allegati Nazionali possono prevedere la possibilità di adottare un valore del
CRF meno severo, quando supportato da validate esperienze operative locali o dati
40
sperimentali. Ad esempio gli Allegati Nazionali in Gran Bretagna consentono
l’utilizzo di un valore meno severo per il CRF nel caso in cui esperienze operative
locali di durata almeno 5 anni dimostrino la buona riuscita di un grado appartenete
alla classe CRC immediatamente inferiore. In ogi caso il CRF non può essere
aumentato di un valore superiore a +5. I dati di comportamento in esercizio devono
essere ricavati da un sito distante meno di 5 km da quello di applicazione, se
l’ambiente q di tipo costiero, la distanza minima va ridotta ad 1 km. La valutazione
del comportamento in servizio deve prendere in considerazione il grado del
materiale, la finitura superficiale, l’orientamento dei componenti e l’esposizione a
contaminanti liberi nell’aria (con particolare attenzione ai cloruri) per assicurare un
confronto coerente con il progetto da realizzare.
Parti differenti di una stessa struttura possono essere esposti in maniera differente,
una parte può essere completamente esposta o completamente schermata. La
valutazione del comportamento in ambiente deve essere fatta separatamente per
ogni caso di esposizione.
La procedura di selezione del grado prevede che i requisiti riportati nella EN 1090-
2 siano rispettati, specialmente per quanto riguarda le procedure di saldatura, la
pulizia dopo la saldatura, le precauzioni per evitare la contaminazione delle
superfici o i metodi per rimuovere e pulire le superfici contaminate dopo ad
esempio operazioni di taglio. Se questi accorgimenti non sono seguiti la resistenza
alla corrosione delle parti saldate può venire compromessa.
3.5.3 Piscine chiuse
Per combattere il rischio di tensocorrosione (Stress Corrosion Cracking, SCC) nelle
atmosfere delle piscine chiuse, per le parti strutturali è necessario utilizzare
esclusivamente i gradi riportati in Tabella 3.6.
41
Tabella 3.3
Determinazione del Corrosion Resistance Factor CRF
Rischio di esposizione a cloruri da acqua salata o sali anti-gelo
NOTA M rappresenta la distanza dal mare e S rappresenta la distanza dal luogo trattato con
sali anti-gelo.
1
Ambienti interni controllati
Rischio di esposizione
M > 10 km o S > 0,1 km
0
Basso
Rischio di esposizione
1 km < M
10 km o 0,01 km < S 0,1 km
-3
Medio
-7
Rischio di esposizione Alto
0,25 km < M ≤ 1 km o S ≤ 0,01 km
Gallerie trattate con sali anti-gelo o dove
Rischio di esposizione
-10
transitano veicoli che possono portare sali
Molto alto
anti-gelo
Rischio di esposizione
M 0,25 km
Molto alto
-10
Zone costiere del Mar del Nord in Germania
e tutte le zone costiere del Mar Baltico
Rischio di esposizione
M 0,25 km
Molto alto
Coste del Mediterraneo.
Coste atlantiche del Portogallo, Spagna e
Francia.
-15
Canale d’Inghilterra e coste del Mar dl Nord
in Gran Bretagna, Francia, Belgio, Olanda e
Svezia del sud.
Tutte le altre zone costiere della Gran
Bretagna, Norvegia, Danimarca e Irlanda.
Rischio di esposizione all’anidride solforosa (diossido di zolfo)
NOTA Nelle zone costiere Europee la concentrazione di anidride solforosa è generalmente
bassa. Per gli ambienti dell’entroterra la concentrazione di anidride solforosa è
generalmente bassa o media. La classificazione a rischio maggiore si incontra raramente ed
è associata ad ambienti fortemente industrializzati o particolari come le gallerie stradali. Il
metodo per valutare la concentrazione di anidride solforosa è riportato nella ISO 9225.
Rischio di esposizione
0
<10 µg/m³ concentrazione media del gas
Basso
Rischio di esposizione
-5
10 - 90 µg/m³ concentrazione media del gas
Medio
90 - 250 µg/m³ concentrazione media del
-10
Rischio di esposizione Alto
gas
Frequenza della pulizia o esposizione al delavaggio della pioggia (se
,
allora
=0)
0
Completamente esposto al delavaggio della pioggia
-2
Frequenza di pulizia specificata
Nessuna esposizione al de lavaggio da pioggia e nessuna specifica di
-7
pulizia
NOTA Se il componente deve essere ispezionato regolarmente per identificare qualunque
segno di corrosione e se deve essere regolarmente lavato, questo va chiaramente
specificato in forma scritta al gestore della struttura. I metodi d’ispezione e di lavaggio e la
loro frequenza devono essere specificati. Più il lavaggio è frequente e maggiori saranno i
benefici. La frequenza minima per il lavaggio deve essere non meno di 3 mesi. Se si
specifica la necessità del lavaggio questa operazione va eseguita su tutte le parti della
struttura e non solo a quelle più facilmente accessibili e visibili.
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Tabella 3.4
Determinazione della Corrosion Resistance Class CRC
Corrosion Resistance Factor (CRF)
Corrosion Resistance Class (CRC)
CRF = 1
I
0 ≥ CRF > -7
II
-7 ≥ CRF > -15
III
-15 ≥ CRF ≥ -20
IV
CRF < -20
V
Tabella 3.5
Gradi adatti a ciascuna Corrosion Resistance Class CRC
Corrosion resistance class CRC
I
II
III
IV
V
1.4003
1.4301
1.4401
1.4439
1.4565
1.4016
1.4307
1.4404
1.4462
1.4529
1.4512
1.4311
1.4435
1.4539
1.4547
1.4541
1.4571
1.4410
1.4318
1.4429
1.4501
1.4306
1.4432
1.4507
1.4567
1.4162
1.4482
1.4662
1.4362
1.4062
1.4578
NOTA 1 Le Classi di Resistenza alla Corrosione (CRC) devono essere utilizzate solo
in relazione alla presente procedura di selezione del grado e sono applicabili solo agli
impieghi strutturali nelle costruzioni
NOTA 2 I gradi adatti ad una determinata CRC sono anche adatti alle classi inferiori.
Tabella 3.6
Gradi di acciaio inossidabile per le atmosfere nelle piscine
chiuse
Componenti caricati nelle atmosfere
Corrosion resistance class CRC
delle piscine chiuse
Componenti caricati lavati regolarmente
1
CRC III o CRC IV
(esclusi 1.4162, 1.4662, 1.4362, 1.4062)
Componenti caricati non lavati
CRC V
regolarmente
(esclusi 1.4410, 1.4501 e 1.4507)
Tutti gli elementi per il fissaggio, elementi
CRC V
per il collegamento e parti filettate
(esclusi 1.4410, 1.4501 e 1.4507)
1 I metodi d’ispezione e di lavaggio e la loro frequenza devono essere specificati. Più il
lavaggio è frequente e maggiori saranno i benefici. La frequenza minima per il lavaggio
deve essere non meno di 1 settimana. Se si specifica la necessità del lavaggio questa
operazione va eseguita su tutte le parti della struttura e non solo su quelle più facilmente
accessibili e visibili.
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