comportamento a corrosione di strutture ed infrastrutture ... · comportamento a corrosione di...

Stefano Rossi, Università Trento, Cor Ten ..., Orio Serio,7 feb 2013

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Comportamento a corrosione di strutture ed infrastrutture in cor-ten nel mondo dei

trasportiS. Rossi

Dipartimento di Ingegneria Industriale - Università di Trento Stefano.rossi@ing.unitn.it

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Acciaio cor-ten (o acciaio patinabile) introdotto nella prima parte del XX secolo

Uso molto frequente nel mondo dei trasporti e delle infrastrutture

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Piccole quantità (<1%) di rame, cromo, nichel e fosforo

Formazione durante l’esposizione atmosferica di uno strato di ossido protettivo

Riduzione della velocità di corrosione

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All’inizio ossidi di colore aranciato simili alla ruggine dell’acciaio al carbonio

Nel tempo durante i periodi di umidità formazione di ulteriore ossido, in alternanza di cicli di asciutto consolidamento dello strato.

Ossido di colore più scuro. Calo della velocità di corrosione

Tempo di formazione dello strato protettivo dipende dall’ambiente:Ambiente urbano: < 1 anno

Ambiente industriale 2-3 anniAmbiente rurale 5 anni

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Per avere formazione dello strato di ossido protettivo necessaria alternanza ciclica di umido/secco

T. Murata “Weathering Steel” in Uhlig’s Corrosion

handbook, John Wiley & Sons, New York, 2000, p. 569

Mancanza del ciclo umido/secco; condizione di sempre bagnato o in immersione: NO formazione di ossido protettivo

Importanza delle condizioni locali (T, umidità, giorni di pioggia, distanza dal mare, presenza di cloruri o inquinanti); orientazione (alto/basso; nord/sud)

MICROCLIMA!!!

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Esempi di degrado non previsto su strutture e infrastrutture stradali

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guard-rail Autostrada del Brennero installati da 30 anni:Buon comportamento a corrosione.

Tuttavia in alcuni casi un intenso attacco corrosivi (comportamento anomalo e non chiaro).

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* F. Deflorian, S. Rossi “Premature corrosion failure of structural highwaycomponents made from weathering steel” Engineering Failure Analysis 9 (2002) 541–551

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15 parti di guard-rail prelevati tra Mantova e Brennero in USS Cor-Ten A

COLUMNPLATE

CONNECTIONS

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Alcuni campioni pesantemente danneggiatiAltri in buone condizioni

Comportamento NON associabile alla qualità dell’acciaio (composizione chimica e microstruttura)

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Analisi dell’ossido protettivo (composizione e struttura – SEM e diffrazione X).

Campione con buon comportamento: spessore più basso, più compatto e uniforme. magnetite (Fe3O4) and FeOOH

Campione con cattivo comportamento: spessore molto elevato ma struttura non uniforme e compatta.Struttura amorfa

m100

m100

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Le proprietà dell’ossido sono relative alla velocità di corrosione in esercizio: valutazione del substrato e dell’ossido mediate prove elettrochimiche

substrato

ossido

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Misure di impedenza elettrochimica su campioni con ossido.Fittaggio: parametro della resistenza dell’ossido

,010

,10

1,0

10,0

100,0

0 200 400 600 800 1.000 1.200

oxide thikness (m)ox

ide

resi

stan

ce (k

Ohm

)

anomalous

protective

initial

Spessore dell’ossido e resistenza dell’ossido:Campioni non esposti ()Campioni esposti 1 anno () campioni esposti 30 anni con buon comportamento () e cattivo comportamento ().

H. Kihira, S. Itoh, T. Murata, Corrosion

45 (1989) 347

Il comportamento a corrosione del materiale dipende quanti dallo strato diossido prodotto durante la service life

Come prevedere il comportamento del materiale in esercizio: valutazione dello spessore dopo pochi anni di esposizione.In caso di alto spessore valutare la resistenza dell’ossido

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Per avere la formazione di uno strato di ossido protettivo necessari cicli umido/secco

Valutando la localizzazione dei campioni prelevati:

Sia siti di montagna sia di pianura ma caratterizzati da alta umidità; limitata presenza del sole e vicinanza a fiumi

Molti attacchi in luoghi dove uso di cloruri come antigelo ma anche dove non usati (ma non aspetto critico)

Geometria del componente:Gli attacchi più pesanti in vicinanza del terreno o dell’calcestruzzo dove

l’umidità risulta elevata o dove possibili ristagni di acqua

Per minimizzare il problemi:Modificare la geometria dove possibile

Valutare attentamente il micro-climaSe critico procedere alla protezione mediante vernici oppure cambiare il materiale

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Degrado precoce di struttura di ponte

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Viadotto Montevideo -Vela – ss. 45 bis Trento - 1981/1982.Travata metallica a cassone in acciaio patinabile

Foto tratta da: «Progetto esecutivo 2005/2008 Linea 5 – Consorzio ReLUIS, Coordinatori F.M.

Mazzolani e R. Zandonini»

Credits: Foto di: Nicolas Janberghttp://en.structurae.de

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Situazione di elevato degrado del cassone

- Percolazione di soluzione clorurata dalla sede stradale

- Assenza di fori e sistemi di drenaggio- Notevole ristagno di acqua

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conclusioni

Da: http://www.fhwa.dot.gov/

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Tratto da: http://www.fhwa.dot.gov/bridge; uncoated weathering steel in structures

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