Barriere chimiche non occludenti in zona di marea:
bastano davvero contro la pressione idrostatica?
Il paradosso tecnico-normativo del risanamento delle murature storiche costiere
e una proposta di protocollo integrato a doppia barriera
Renzo-ArtHome – Specialista in risanamenti di interrati e umidità di risalita
LA TESI
In trent’anni di attività nel risanamento di murature in zona costiera e lagunare, ho maturato una convinzione precisa: le barriere chimiche non occludenti a base di silano/silossano, progettate per contrastare la risalita capillare mediante idrofobizzazione delle pareti dei pori (pore-lining), non sono sufficienti quando la muratura è soggetta a pressione idrostatica da escursione di marea, da innalzamento del livello d’acqua o da falda alta.
Si apre inoltre un paradosso normativo: le barriere occludenti (le uniche potenzialmente efficaci contro la pressione idrostatica) non sono ammesse dalla Soprintendenza sugli edifici vincolati per violazione del principio di reversibilità, mentre le barriere non occludenti (ammesse in quanto più reversibili) potrebbero non funzionare nelle condizioni di esposizione più gravose.
In questo articolo presento le evidenze scientifiche a supporto di questa analisi e propongo un protocollo integrato a doppia barriera che, a mio avviso, potrebbe risolvere il paradosso.
1. Da dove nasce questa convinzione
Lavoro da trent’anni nel risanamento di interrati e nel trattamento dell’umidità di risalita. Nel corso della mia carriera ho operato su numerosi edifici in zona costiera e lagunare nel Nord-Est Italia, dove le murature non sono soggette solo alla risalita capillare dal terreno, ma anche all’immersione periodica da parte dell’acqua di marea o all’innalzamento ciclico della falda freatica.
La domanda che mi sono posto, nel tempo, è semplice: le creme o microemulsione silano/silossaniche da iniezione, progettate specificamente per contrastare la risalita capillare, possono funzionare anche quando la muratura è soggetta a una vera e propria spinta idrostatica? La risalita capillare e la pressione idrostatica sono lo stesso fenomeno? La risposta, come vedremo, è no. E le conseguenze operative di questa distinzione sono rilevanti.
2. Risalita capillare e pressione idrostatica: due fenomeni distinti
La risalita capillare è un fenomeno guidato dalla tensione superficiale e dall’adesione molecolare tra l’acqua e le pareti dei pori del materiale. Opera a pressioni molto basse, dell’ordine di frazioni di kPa, ed è tanto più efficace quanto più piccoli sono i capillari. La Prof.ssa Elisa Franzoni dell’Università di Bologna, una delle massime autorità internazionali sul tema, scrive nel suo articolo di revisione del 2014 che, nonostante il grande sforzo dedicato nell’ultimo secolo alla comprensione del fenomeno della risalita capillare, il problema della rimozione dell’umidità resta sostanzialmente aperto (Franzoni, 2014).
La pressione idrostatica è un fenomeno fisico completamente diverso: è la forza esercitata da una colonna d’acqua per effetto della gravità, proporzionale alla profondità secondo la formula P = ρgh. Una colonna d’acqua salmastra di soli 0,60 m (l’escursione media di marea nella laguna veneziana secondo Foraboschi e Vanin, 2014) genera una pressione di circa 6,0 kPa. Per un’escursione di 1,70 m (massima ordinaria), la pressione raggiunge circa 17,1 kPa.
Lo studio recentissimo di Ferretti et al. (2024), pubblicato su International Journal of Disaster Risk Reduction, conferma esplicitamente che nelle murature veneziane la risalita capillare è aggravata dalle inondazioni di marea, distinguendo i due fenomeni come meccanismi diversi di apporto di umidità alla muratura.
3. Come funzionano le barriere chimiche non occludenti
Le barriere chimiche a base di silano/silossano (creme, gel, microemulsioni) operano per pore-lining: le molecole di silano penetrano nei capillari della muratura e, dopo polimerizzazione, rivestono le pareti interne dei pori con un film idrofobico che inverte l’angolo di contatto dell’acqua oltre 90°. Il menisco capillare si inverte e la suzione capillare viene annullata. I pori restano aperti, permettendo la traspirazione del vapore acqueo.
La letteratura tecnica specializzata conferma che una barriera chimica DPC non crea una barriera fisica impermeabile, ma riveste i pori con una resina siliconica idrorepellente che neutralizza l’attrazione elettrochimica tra le particelle murarie e le molecole d’acqua (Twistfix, UK). Questo meccanismo è efficace contro la capillarità, ma non contro una colonna d’acqua che esercita pressione.
Lo studio di Alfano et al. (2006), basato su 12 anni di test di laboratorio (Building and Environment), classifica i prodotti chimici per DPC in due categorie: quelli che riempiono i pori ostruendoli (occludenti), e quelli che rendono i pori idrorepellenti senza occluderli (non occludenti, tipo silano/silossano). Questa distinzione è il nucleo della mia riflessione.
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4. La fisica del problema: l’equazione di Young-Laplace
La fisica dei materiali porosi idrofobizzati è governata dall’equazione di Young-Laplace: ΔP = 2γ·cos(θ)/r. Quando θ supera 90°, l’acqua può entrare nei pori solo se sottoposta a una pressione esterna positiva. Questa pressione soglia è detta LEP (Liquid Entry Pressure). La LEP è inversamente proporzionale al raggio del poro: pori più grandi hanno una LEP più bassa (PMC, 2023).
Raggio del poro
LEP calcolata
Nota
10 μm
≈ 5,0 kPa
Pori piccoli
50 μm
≈ 1,0 kPa
Macropori tipici laterizi storici
100 μm
≈ 0,5 kPa
Macropori laterizi fatti a mano
Condizione di marea
Pressione idrostatica
Escursione media (0,60 m)
≈ 6,0 kPa
Escursione massima ordinaria (1,70 m)
≈ 17,1 kPa
Acqua alta intensa (> 1,10 m)
10 – 15 kPa
Il confronto è eloquente: la pressione idrostatica da marea (6-17 kPa) eccede ampiamente la LEP stimata per i macropori dei laterizi storici idrofobizzati (0,5-5 kPa).
5. Le conferme dalla letteratura e dai produttori
5.1 I produttori stessi lo dichiarano
Il prodotto OKON S-20 (Rust-Oleum) specifica che non fornisce protezione contro la pressione idrostatica dell’acqua. Il PENTREAT 244-40 (W.R. Meadows, sigillante silanico al 40%) dichiara di non essere raccomandato per applicazioni sotto il piano di campagna o in condizioni di pressione idrostatica.
5.2 L’inefficacia in condizioni sature
Un dato sperimentale di grande rilevanza emerge dalla ricerca pubblicata su npj Heritage Science (2023): nei campioni saturi al 100% senza possibilità di asciugatura dopo l’iniezione, la crema era visibile ma non efficace. Questa è la condizione di una muratura in zona di marea: il laterizio non può asciugare perché viene periodicamente reimmerso.
5.3 I pori non trattati come via di bypass
Deckers e Janssen (2024, Springer) evidenziano che i pori con diametro inferiore alla dimensione delle catene polimeriche dell’agente possono restare non trattati. Se troppi pori restano idrofili e interconnessi, il trasporto rapido di acqua liquida viene indotto, rendendo l’idrofobizzazione inefficace.
5.4 La pressione osmotica
Come riportato da Building Science Corporation (J. Lstiburek, BSI-011), le pressioni osmotiche nei materiali porosi contaminati da sali possono raggiungere 21-35 MPa, ordini di grandezza superiori alla LEP di qualsiasi trattamento idrofobizzante.
5.5 Lo studio di Foraboschi e Vanin (2014)
Lo studio sperimentale sui laterizi del Palazzo Gussoni-Grimani a Venezia (Engineering Failure Analysis, 2014) documenta che la condizione più gravosa è quella del mattone saturo con elevata concentrazione salina (7,4 N/mm²), corrispondente alla muratura in contatto permanente con l’acqua lagunare. Lo studio menziona le barriere chimiche tra le tecniche di risanamento, ma senza distinguere tra occludenti e non occludenti e senza valutarne l’efficacia sotto pressione idrostatica.
6. Il paradosso della reversibilità
Il Codice dei Beni Culturali e del Paesaggio (D.Lgs. 42/2004) e le Carte del Restauro impongono il principio di reversibilità per gli interventi su immobili vincolati. Le linee guida della Soprintendenza non escludono le tecniche moderne, purché siano dimostrate compatibili con i materiali originali e reversibili (Soprintendenza ABAP per il Comune di Venezia e Laguna).
I trattamenti silano/silossano sono considerati più reversibili perché si degradano naturalmente nel tempo sotto UV e invecchiamento igrotermico (PMC, 2021) e possono essere parzialmente rimossi con procedimenti chimici aggressivi (soluzioni piranha, acido nitrico concentrato, pH basico ≈ 12, trattamento termico) come documentato su ResearchGate. Tuttavia, nella conservazione dei beni culturali si riconosce che l’uso di silani non è considerato facilmente reversibile una volta avvenuta l’adesione (Topics in Photographic Preservation, AIC).
Le resine occludenti, una volta polimerizzate nei pori, sono per definizione irreversibili. Come osserva Lorusso et al. (Università di Bologna), mentre i protettivi superficiali possono in alcuni casi essere rimossi, è impensabile rimuovere le sostanze consolidanti interne.
IL PARADOSSO
Le barriere non occludenti (silano/silossano) sono ammesse dalla Soprintendenza perché considerate reversibili, ma la fisica suggerisce che non possano resistere alla pressione idrostatica da marea.
Le barriere occludenti (resine bicomponenti) sarebbero potenzialmente efficaci contro la pressione idrostatica, ma non sono ammesse sugli edifici vincolati perché irreversibili.
7. Un gap nella letteratura scientifica
A mia conoscenza, non esiste uno studio che abbia testato la LEP di laterizi storici idrofobizzati sotto pressione idrostatica ciclica da marea. Le campagne sperimentali sulle barriere chimiche testano l’efficacia contro la risalita capillare, non contro l’immersione periodica sotto pressione. Non esiste inoltre alcun protocollo pubblicato che proponga l’uso combinato di una barriera occludente e una non occludente a quote diverse nella stessa muratura.
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8. Proposta di protocollo integrato a doppia barriera
Sulla base delle evidenze raccolte e della mia esperienza di campo, propongo un protocollo di risanamento articolato in più livelli di intervento, ciascuno con una funzione specifica e documentabile. Il principio guida è: non chiedere a un singolo prodotto di fare ciò per cui non è stato progettato. Ogni elemento del protocollo opera nel proprio ambito di efficacia.
8.1 Livello 1: Barriera chimica occludente sotto quota
La prima linea di difesa è una barriera chimica di tipo occludente, posizionata sotto il massetto del piano calpestio. La sua funzione è duplice: abbattere la pressione idrostatica proveniente dal basso (impedendo alla spinta dell’acqua di raggiungere la muratura fuori terra con la pressione originaria) e creare una prima barriera alla risalita capillare. In questa zona, la muratura è già permanentemente compromessa dalla saturazione e dalla contaminazione salina: non si tratta di alterare un substrato integro, ma di intervenire su una porzione sacrificale per proteggere quella soprastante.
L’ideale sarebbe posizionare questa barriera sopra le fondazioni, ma nella pratica degli edifici storici raramente è possibile scavare fino a quella quota. La posizione sotto il massetto rappresenta il compromesso operativo più praticabile.
8.2 Livello 2: Impermeabilizzazione della fascia intermedia
Dalla base della muratura fuori terra fino alla quota della barriera non occludente, si esegue un’impermeabilizzazione continua della superficie muraria. Questa fascia protegge sia dalla spinta residua proveniente dal massetto sia dalla risalita capillare che potrebbe aggirare la barriera occludente attraverso il massetto stesso. In questo modo si elimina la fascia "scoperta" tra le due barriere chimiche.
8.3 Livello 3: Barriera chimica non occludente sopra quota
La seconda barriera chimica, di tipo non occludente a base di silano/silossano (crema o microemulsione), viene posizionata a circa 12-15 cm dal piano calpestio finito. A questa quota, la pressione idrostatica è già stata abbattuta dalla barriera occludente sottostante e la fascia intermedia è impermeabilizzata. La barriera non occludente lavora quindi esclusivamente contro la capillarità residua, che è esattamente il fenomeno per cui è stata progettata e testata.
La scelta tra crema e microemulsione va valutata caso per caso. Le microemulsioni, avendo molecole più piccole e viscosità inferiore, penetrano più in profondità e raggiungono una percentuale maggiore di pori, riducendo il rischio di pori non trattati evidenziato da Deckers e Janssen (2024). In condizioni di muratura ancora parzialmente umida, questo vantaggio può essere significativo.
8.4 Livello 4: Desalinizzazione
Dopo l’esecuzione delle barriere, si procede alla rimozione dei sali accumulati nella muratura fuori terra. Questo può avvenire mediante impacchi di cellulosa o argilla assorbente (palygorskite/attapulgite), o altri sistemi di estrazione salina adeguati alla natura dei sali presenti. Lo studio di Foraboschi e Vanin (2014) dimostra che la rimozione dei sali, anche quando la resistenza media istantanea potrebbe temporaneamente diminuire, è sempre necessaria per prevenire il danno da cristallizzazione e per migliorare il valore caratteristico di progetto della resistenza.
8.5 Livello 5: Trattamento antisale
Dopo la desalinizzazione, si applica un trattamento antisale per impedire la riformazione di efflorescenze e subflorescenze sulla muratura risanata.
8.6 Livello 6: Malte macroporose a base calce
L’intonaco viene rifatto con malte macroporose a base di calce, che gestiscono l’umidità residua favorendone l’evaporazione controllata e accumulano i sali residui nei propri pori senza degradarsi. Come confermato dallo studio di Foraboschi e Vanin, la malta di calce idraulica degli edifici storici non contribuisce sufficientemente ai solfati alcalini solubili necessari per subflorescenze e efflorescenze, e i vuoti nella malta di calce idrata sono in numero ridotto, limitando il flusso capillare.
8.7 Livello 7: Finitura esterna idrorepellente traspirante
All’esterno, nelle zone soggette a immersione temporanea da acqua alta, si applica una finitura idrorepellente traspirante che impedisce all’acqua di penetrare durante gli eventi di marea ma consente la traspirazione della muratura tra un evento e l’altro. Questa finitura non sostituisce le barriere interne, ma completa il sistema di protezione sulla superficie esposta.
8.8 Perché non basta una sola barriera occludente
Si potrebbe obiettare: se la barriera occludente è efficace, perché non farne una sola, più in alto, eliminando la non occludente? La risposta è. La barriera occludente sopra quota non sarebbe ammessa dalla Soprintendenza su edifici vincolati per violazione del principio di reversibilità.
9. L’argomentazione per la Soprintendenza
La proposta di un protocollo a doppia barriera richiede l’autorizzazione della Soprintendenza per la componente occludente sotto quota. L’art. 21, c.4 del D.Lgs. 42/2004 prescrive che qualsiasi intervento su beni culturali è subordinato all’autorizzazione del Soprintendente, ma non vieta specificamente alcuna tecnica: la valutazione è caso per caso, sulla base della documentazione tecnica presentata.
L’argomentazione tecnica che ritengo sostenibile è la seguente:
La barriera occludente sotto quota non altera un substrato "sano". La muratura sotto il massetto, in un edificio in zona di marea, è già permanentemente compromessa dalla saturazione e dalla contaminazione salina. Come documentato da Foraboschi e Vanin (2014), questa è la condizione più gravosa (resistenza a compressione ridotta a 7,4 N/mm²). L’intervento non danneggia un substrato integro, ma opera su una porzione già sacrificale.
La barriera occludente sotto quota è il prerequisito tecnico per rendere efficace l’intervento reversibile sopra quota. Senza la prima, la barriera non occludente sopra quota fallisce perché sottoposta a pressione idrostatica che eccede la sua LEP. Il risultato sarebbe un intervento inefficace sulla muratura vincolata, con perdita di risorse e di tempo, e con la prosecuzione del degrado. La barriera occludente sotto quota non è una scelta alternativa alla reversibilità, ma la condizione necessaria affinché il principio di reversibilità possa essere applicato efficacemente sopra quota.
Le evidenze scientifiche supportano questa analisi. L’equazione di Young-Laplace, le schede tecniche dei produttori, i test di efficacia in condizioni sature (npj Heritage Science, 2023), lo studio di Ferretti et al. (2024), e la classificazione di Alfano et al. (2006) convergono nel dimostrare che una barriera non occludente, da sola, non può resistere alla pressione idrostatica da marea.
La proposta rispetta il principio di minimo intervento. L’elemento irreversibile (l’occludente) è confinato nella zona sacrificale sotto il piano calpestio, non visibile e non a contatto con la muratura di pregio. Tutti gli interventi sopra quota (barriera non occludente, desalinizzazione, antisale, macroporosa, finitura traspirante) sono reversibili e compatibili con i principi del restauro conservativo.
Ritengo che questa argomentazione, supportata da una relazione tecnica dettagliata con le evidenze fisiche e bibliografiche qui presentate, possa essere sottoposta alla valutazione della Soprintendenza per l’approvazione di studi pilota e sperimentazioni in situ.
10. Conclusioni
Le evidenze convergenti dalla fisica dei materiali porosi, dalla letteratura scientifica internazionale peer-reviewed, dalle schede tecniche dei produttori e dalla normativa sulla tutela dei beni culturali permettono di formulare le seguenti conclusioni:
La risalita capillare e la pressione idrostatica da marea sono due fenomeni fisici distinti. Trattarli con lo stesso strumento è un errore di approccio.
Le barriere chimiche non occludenti (silano/silossano), efficaci contro la risalita capillare, non possono resistere alla pressione idrostatica generata dalle escursioni di marea nei macropori dei laterizi storici.
Le barriere chimiche occludenti, potenzialmente efficaci contro la pressione idrostatica, non sono ammesse sugli edifici vincolati per il principio di reversibilità. Si configura un paradosso tecnico-normativo che il settore non ha ancora affrontato.
Il protocollo a doppia barriera qui proposto (occludente sotto quota per abbattimento pressione, non occludente sopra quota per capillarità, con impermeabilizzazione della fascia intermedia e ciclo completo di desalinizzazione, antisale, macroporosa e finitura traspirante) offre una possibile soluzione al paradosso, confinando l’elemento irreversibile nella zona sacrificale e garantendo la reversibilità di tutti gli interventi sulla muratura di pregio.
Non esiste, a mia conoscenza, né una sperimentazione specifica sulla LEP dei laterizi storici sotto pressione idrostatica ciclica, né un protocollo pubblicato a doppia barriera con funzioni differenziate. Entrambi rappresentano gap nella letteratura che meriterebbero di essere colmati, idealmente con studi pilota autorizzati dalla Soprintendenza su edifici reali.
Riferimenti bibliografici
Foraboschi P., Vanin A. (2014), "Experimental investigation on bricks from historical Venetian buildings subjected to moisture and salt crystallization", Engineering Failure Analysis, 45, pp. 185-203.
Franzoni E. (2014), "Rising damp removal from historical masonries: a still open challenge", Construction and Building Materials, 54, pp. 123-136.
Franzoni E. (2018), "State-of-the-art on methods for reducing rising damp in masonry", Journal of Cultural Heritage, 31, pp. S3-S9.
Franzoni E., Rirsch E., Paselli Y. (2020), "Which methods to assess the effectiveness of chemical injections in laboratory?", Journal of Building Engineering, 29, 101131.
Ferretti et al. (2024), "On the contribution of tidal floods on damp walls of Venice", International Journal of Disaster Risk Reduction.
Alfano G. et al. (2006), "Long-term performance of chemical damp-proof courses: twelve years of laboratory testing", Building and Environment, 41(8), pp. 1060-1069.
Deckers D., Janssen H. (2024), "The Impact of Hydrophilic Pores on the Moisture Behaviour in Hydrophobised Porous Materials", Springer.
PMC (2023), "Hydrophobic treatments and their application with internal wall insulation", Molecules MDPI.
PMC (2021), "Investigation on Aesthetic and Water Permeability of Surface Protective Material under Accelerated Weathering", Coatings MDPI.
Lstiburek J. (Building Science Corporation), "BSI-011: Capillarity, Small Sacrifices", buildingscience.com.
CMHA, "Preventing Water Penetration in Below-Grade Concrete Masonry Walls", TEK 19-03B.
Lorusso S. et al., "Il restauro architettonico: le diverse concezioni nel corso dei secoli", Università di Bologna.
D.Lgs. 42/2004, Codice dei Beni Culturali e del Paesaggio.
Topics in Photographic Preservation, AIC, Vol. 3 (1989), Wagner, "Use of silanes".
ResearchGate, "How to chemically remove silane molecules covalently bound to silica surface?", discussione multi-autore.
OKON S-20 (Rust-Oleum), scheda tecnica prodotto.
PENTREAT 244-40 (W.R. Meadows), scheda tecnica prodotto.
npj Heritage Science (2023), "Assessment of the effectiveness of secondary anti-damp insulation in heritage buildings made of historic brick".
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