I materiali metallici sono potenzialmente soggetti alla corrosione.
Il fenomeno, dovuto a vari tipi di effetti, è fondamentalmente determinato dalla presenza di ossigeno o di acqua e di altri elementi inquinanti.
Non tutti i metalli reagiscono con l’ambiente; quelli cosiddetti nobili non sono soggetti a corrosione, mentre i restanti reagiscono in maniera più o meno sensibile con formazione sulla loro superficie di composti chimici che, per taluni metalli e relative leghe, si presentano voluminosi ed incoerenti (come ad esempio la ruggine) mentre per altri costituiscono un film sottilissimo compatto e aderente. Nel primo caso il processo di corrosione può continuare, mentre nel secondo si arresta, in quanto la pellicola svolge un’azione protettiva (come ad esempio per l’acciaio inossidabile e l’alluminio). La struttura fisico-chimica del terreno costituisce la causa condizionante del processo di corrosione.
Gli impianti di terra sono costituiti da elementi metallici conduttori posti in intimo contatto con il terreno.
Questi elementi sono quindi potenzialmente soggetti a corrosione chimica e a quella dovuta a correnti vaganti.
Tuttavia, essendo l’impianto di terra collegato con tutte le strutture metalliche dell’impianto ai fini dell’equipotenzializzazione, è soggetto anche a corrosione elettrochimica, che si verifica appunto quando la struttura metallica è costituita da due metalli diversi. I vari tipi di corrosione, ossia chimica, elettrochimica e per correnti vaganti, sono brevemente descritti più avanti. In pratica, si è riscontrato che la corrosione di tipo elettrochimico è quella che crea i maggiori danni.
Si deve però tener presente che, sebbene le condizioni affinché si creino differenze di potenziale fra parti metalliche dell’impianto di terra siano frequenti, quando le differenze di potenziale sono modeste, queste non sono sufficienti a sostenere una reazione chimica, e di conseguenza non si ha corrosione.
Inoltre, il danno prodotto dalla corrosione, (riduzione dello spessore del metallo o alterazione delle sue caratteristiche), è da ritenere consistente, e quindi fonte di pericolo, quando la superficie anodica è molto inferiore a quella catodica, in particolare quando il rapporto superficie anodica/superficie catodica risulta inferiore a un centesimo.
I vari tipi di corrosione
Le strutture metalliche interrate possono essere soggette a fenomeni corrosivi dovuti a vari tipi di cause e in particolare ad effetti chimici, elettrochimici e per correnti vaganti.
La corrosione chimica è determinata dall’ossigeno che a contatto con il metallo si combina con gli elettroni determinando il passaggio del metallo dalla sua forma vera e propria alla forma ionizzata con la conseguenza che esso perde le sue caratteristiche meccaniche e chimiche, trasformandosi in un ossido o in un solfato, secondo il tipo di metallo (nel caso del ferro, ad esempio, si forma un ossido, la cosiddetta ruggine).
La corrosione elettrochimica si verifica quando la struttura metallica interrata è costituita da due metalli diversi. Poiché ogni metallo è caratterizzato da un proprio potenziale elettrochimico, si viene a creare una cella galvanica (pila) di cui il terreno costituisce l’elettrolito e i due metalli gli elettrodi.
La differenza di potenziale che si determina tra i due metalli diversi fa si che il metallo meno elettronegativo ceda elettroni a quello più elettronegativo corrodendosi.
L’entità della corrosione è determinata:
dal valore della differenza di potenziale che si crea tra i due elementi e che è tanto più grande quanto più distanti sono gli elementi stessi nella scala di nobiltà; dalla quantità di ossigeno presente nel terreno; dal rapporto tra la superficie complessiva dei due metalli e quella del metallo meno nobile.
Se una struttura metallica interrata viene a trovarsi in un campo elettrico, le correnti che percorrono il terreno interessano anche la struttura stessa. In questo caso si verifica asporto di materiale nei punti in cui le correnti, dopo aver percorso l’elemento metallico, fuoriescono da questo. Il fenomeno (corrosione per correnti vaganti) si manifesta in presenza di correnti continue ed è legato soprattutto alla conducibilità elettrica del metallo e del terreno e allo stato elettrico naturale del complesso terreno-metallo (il potenziale raggiunto da quest’ultimo in assenza di correnti vaganti può assecondare o ostacolare il percorso delle correnti).
Le correnti vaganti più pericolose sono in genere quelle determinate dagli impianti di ferrovie e tranvie, che utilizzano le rotaie come conduttore di ritorno, e dagli impianti di protezione catodica.
L’aggressività del terreno
La struttura fisico-chimica del terreno costituisce la causa condizionante del processo di corrosione. In particolare assumono notevole importanza, per la definizione del grado di “aggressività” del terreno i seguenti fattori.
Livello di umidità e acidità – In linea generale un terreno asciutto non corrode, viceversa un terreno umido, ricco di masse organiche in decomposizione o giacimenti vegetali, risulta particolarmente corrosivo. Il grado di “acidità” (pH) accresce il fenomeno.
Resistività elettrica – I terreni a bassa resistività favoriscono la corrosione (valori inferiori ai 500 ohm x m possono già risultare pericolosi).
Sostanze inquinanti – Potendo reagire con i metalli facilitano la corrosione.
Particolarmente pericolosi sono l’anidride carbonica, gli acidi solforico e cloridrico nonché i solfati e i cloruri di calcio, magnesio e sodio.
Scelta dei materiali
Nella scelta dei materiali ai fini di limitare gli effetti della corrosione, si devono usare preferibilmente materiali
omogenei, ma in particolare vicini nella scala di nobiltà. In figura si riporta, a titolo di esempio, un’indicazione qualitativa del grado di nobiltà (ossia il potenziale elettrochimico) di alcuni metalli.
Per il dispersore, in genere, risultano adatti materiali quali il rame nudo o stagnato e l’acciaio zincato a caldo.
Se il dispersore deve essere collegato ad altri elementi metallici a diretto contatto con il terreno si devono valutare le relative compatibilità.
Quando l’ambiente (terreno) è particolarmente aggressivo si consiglia:
– se il terreno è fortemente acido di evitare l’uso di acciaio zincato;
– se il terreno contiene cloruri, di evitare l’uso di acciaio inossidabile.
Se si debbono collegare all’impianto di terra serbatoi o altre strutture in acciaio o acciaio zincato immerse nel terreno, si deve evitare l’uso di rame nudo come dispersore e il collegamento delle strutture e serbatoi suddetti a tondini di armatura di fondazioni estese.
In presenza di fondazioni molto estese, il collegamento equipotenziale di tubi zincati con i tondini d’armatura potrebbe causare la corrosione dei tubi stessi; in questi casi si consiglia l’uso di tubi protetti con rivestimento isolante di idoneo spessore e senza discontinuità o l’uso di tubi realizzati con altri materiali.
Il collegamento a dispersori in rame nudo o acciaio ramato non è dannoso per i tondini d’armatura del calcestruzzo.
Viceversa il collegamento a dispersori in acciaio zincato non procura corrosione ai tondini, ma generalmente accade che questi si pongano in stato di catodo e causino la corrosione del dispersore in acciaio zincato posto nel terreno.
Nel caso di utilizzo di tali elementi di dispersori in acciaio zincato, il loro collegamento ai tondini nel calcestruzzo deve essere realizzato in rame oppure in acciaio zincato protetto idoneamente dal contatto con il terreno (per esempio mediante verniciatura, nastratura, catramatura), anche nelle relative giunzioni.
Per le giunzioni, infine, la limitazione dei rischi di corrosione localizzata sulle superfici di contatto si ottiene con la combinazione dei seguenti interventi:
evitare il contatto con l’ambiente umido proteggendo la giunzione con nastri vulcanizzati, vernici bituminose ecc; limitare le coppie elettrochimiche utilizzando per i morsetti lo stesso metallo utilizzato per i conduttori da connettere; nei collegamenti di metalli diversi, è opportuno evitare il contatto diretto fra i due metalli, e usare un morsetto di materiale avente potenziale elettrochimico intermedio fra i due conduttori, come ad esempio in ottone o rame stagnato, nelle giunzioni di conduttori in rame con strutture in acciaio zincato.
Quale metallo è meglio utilizzare
ZINCO: presenta una resistenza elevata alla corrosione; solo in terreni caratterizzati da elevata acidità e contenenti elevate quantità di sali solubili può venire attaccato, ma in ogni caso la velocità di corrosione è molto bassa.
ACCIAIO: è soggetto a corrosione chimica in particolare in terreni ben aerati e a bassa resistività la quale a sua volta dipende dal tenore di umidità, di sali e dall’acidità.
ACCIAIO ZINCATO: resiste molto meglio alla corrosione in ogni tipo di terreno; se però è accoppiato galvanicamente a metalli più nobili (ad esempio acciaio o rame) subisce una corrosione più sensibile. Dovendo quindi collegare un elemento in acciaio zincato con un conduttore di rame, quest’ultimo deve essere munito di capicorda stagnato o nichelato.
RAME: è il materiale che resiste meglio alla corrosione la quale si verifica in modo sensibile solo in presenza di correnti vaganti.
Coppia RAME-ACCIAIO: si verifica una corrosione per contatto galvanico che interessa la struttura in acciaio. La corrosione presenta una velocità abbastanza elevata.
