MATERIALI LAPIDEI

MATERIALI LAPIDEI
Principali caratteristiche tecniche
Peso dell'unità di volume g/cm3:
arenaria 1,8 . 2,7; argilla 2,0 . 2,2; basalto 2,7 . 3,2; beola 2,6 2,7; calcare compatto
2,4 . 2,7; calcare tenero 2,0 . 2,4; calcare tufaceo 1,1 . 2,0; ceppo 2,2 . 2,3; diorite 2,7
- 3,0; dolomia 2,3 2,9; gneiss 2,5 . 2,7; granito 2,3 . 2,ó; marmo saccaroide 2,7 . 2,8;
pomice 0,5 . 1,1; porfido 2,1 . 2,7; scisti 2-3,1; serpentino 2,5 . 2,7; sienite 2,7 . 3,0;
trachite 2,4 . 2,7; travertino 2,2 . 2,5; tufo calcareo 1,2 . 1,9; tufo vulcanico 1,1 . 1,8.
Grado di compattezza (rapporto tra peso specifico reale e peso di volume):
C= y1 /y2
(dove y1 è il peso specifico reale e y2 è il peso di volume del materiale in polvere).
Porosità:
P= [(γ1 - γ2) / γ1] 100
rapporto tra la differenza del peso specifico reale e quello di volume e il peso
specifico reale.
Imbibizione: proprietà delle rocce di assorbire acqua; è definito da Pi (peso del
materiale imbibito) meno Pa (peso del materiale asciutto) diviso per il volume.
Coefficiente di imbibizione (riferito al volume):
iv = (Pi - Pa) / ν
Esempi: marmo di Carrara 0,001; arenaria macigno 0,015; granito 0,006; ceppo gentile
0,121; travertino 0,177; tufo vulcanico del Lazio O,274.
Igroscopicità: proprietà di assorbire umidità dall'aria. Si misura dalla quantità di
acqua che ad una data temperatura viene assorbita da una roccia perfettamente secca
posta in atmosfera satura di umidità.
Durezza: misura la resistenza opposta dal materiale a lasciarsi scalfire da una punta
(metodi di misura: Mohs, Rosywall, Vickers).
Resistenza a carichi meccanici.
Resistenza a compressione: è molto variabile anche per rocce dello stesso tipo poiché
dipende dalla specifica composizione mineralogica e dalla struttura. Indicativamente,
carichi di rottura espressi in kg/cm2: arenaria 500 ÷ 1200; basalto 1500 ÷ 3000;
calcari compatti 800 ÷ 2000; calcari teneri 100 ÷ 200; dioriti 800 ÷ 2000; graniti 800
÷ 2000; marmi saccaroidi 700 ÷ 1500; porfidi 1000 ÷ 2500; sieniti 800 ÷ 2000;
travertini 400 ÷ 600.
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Resistenza a trazione: è in genere molto bassa (da 1/35 a 1/50 della resistenza a
compressione).
Resistenza a flessione: abbastanza bassa (è in genere circa 1/10 della resistenza a
compressione).
Resistenza al logoramento: misura la perdita di altezza di un provino sottoposto a
compressione nota ed allo strisciamento di un disco di ghisa con smeriglio. Attrito
radente (marmo di Carrara 0,31; travertino O,50; marmo di Lasa 1,1; Botticino 0,78).
Gelività: tendenza a disgregarsi di alcune pietre sotto l'azione del gelo. Ove si
manifesta dipende dall'azione concomitante di diversi processi. (Cfr. Degrado).
Proprietà termiche, refrattarietà: rocce serpentinose, talcose, cloritiche e arenarie
si comportano come reffattarie al fuoco e resistono ottimamente al calore; i calcari
invece si decompongono in superficie formando calce e anidride carbonica; i graniti
possono sgretolarsi localmente.
Tenacità: resistenza all'urto.
Colore: si distinguono pietre monocrome o policrome. Il colore dipende dalla
composizione mineralogica, e in opera, dalle alterazioni subite; in genere le rocce
scure tendono a schiarire e quelle chiare a scurirsi.
Difetti: Friabilità: rocce morte, marce, cappellaccio di cava.
Interclusioni: nodi e discontinuità isolate, bollosità, geoidi.
Discontinuità estese: fratture, fenditure, incrinature.
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DEGRADO DEI MATERIALI LAPIDEI
Gli studi sul degrado dei materiali lapidei e sulle cause di tali processi sono iniziati nel
secolo scorso e sono oggi sviluppati in rapporto ai problemi di restauro.
Si vedano in particolare le raccomandazioni NORMAL elaborate dal C.N.R. – Istituto
Centrale del Restauro, Roma.
Ad esempio:
1/80 - Alterazioni macroscopiche dei materiali lapidei: lessico.
2/80 - Archiviazione di materiali lapidei: schema di scheda.
3/80 - Materiali lapidei: campionamento.
4/80 - Distribuzione del volume dei pori in funzione del loro diametro.
5/81 - Misura dei parametri ambientali.
6/81 - Caratterizzazione dei materiali litici di cava: schema di scheda.
7/81 - Assorbimento d'acqua per imbibizione totale. Capacità di imbibizione.
8/81 - Esame delle caratteristiche morfologiche al microscopio elettronico a
scansione; e seguenti.
CAUSE DEL DEGRADO:
AZIONI FISICHE
Dilatazione termica
Azione del gelo
Azione dell’acqua
Cristallizzazione dei sali
Sedimenti di particelle presenti nell’atmosfera
AZIONI CHIMICHE
Alterazione dei silicati
Alterazione dei carbonati
AZIONI BIOLOGICHE
Microrganismi animali o vegetali
Dilatazione termica.
Ogni variazione di temperatura provoca dilatazioni e contrazioni della materia Se la
temperatura si mantiene entro limiti di tolleranza del reticolo cristallino, i movimenti
da essa indotti non causano un vero degrado, tuttavia la loro ciclicità può indurre ad
esempio alcune porosità in materiali non porosi; per escursioni termiche di maggior
ampiezza le dilatazioni - contrazioni indotte possono superare le tolleranze di legame
di alcuni reticoli cristallini e quindi generare disgregazioni locali di materia.
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Azione del gelo.
Le pietre che presentino una certa porosità o presentino sulla superficie delle
discontinutà possono assorbire, per imbibizione o per igroscopicità, una quantità di
acqua che può giungere a saturare completamente gli interstizi vuoti. Quando la
temperatura si abbassa si sviluppano due effetti: la pietra tende a contrarsi, l’acqua
contenuta nei vuoti solidifica aumentando di volume di circa un decimo con una
pressione di circa 165 kg/cm2 ; le due pressioni si sommano e possono generare
tensioni interne, localmente anche molto elevate, che disgregano la struttura del
materiale interessato. Le pietre più soggette all’azione del gelo si dicono gelive; in
esse si possono verificare due effetti distinti: un’azione superficiale che provoca la
frammentazione delle superfici esterne ma lascia pressoché inalterata la tessitura
interna del materiale; una seconda azione in grado di diminuire la coesione dell’intera
massa e comportare una diminuzione delle capacità di resistenza meccanica.
Prove: campioni cubici (lato 7 cm) sono sottoposti a cicli da 25°-40°C a –18°C per una
durata di tre ore, alternati con riscaldamento dei pezzi a 35°C. I provini sono quindi
sottoposti a prove di compressione e si confronta il carico di rottura rispetto al
campione non sottoposto al trattamento. Le rocce sono gelive se la resistenza
diminuisce di più del 20%.
Azione dell’acqua.
Una pietra apparentemente asciutta ha sempre in realtà un’umidità residua, acqua
igroscopica, che tende a variare e ad equilibrarsi al contenuto di vapore acqueo
presente nell’atmosfera. Inoltre una pietra può essere soggetta all’azione di acqua
meteorica , di risalita capillare.
La presenza di acqua agisce come innesco del processo di soluzione dei sali solubili, ne
favorisce il trasporto nella massa e favorisce in generale attacchi chimici e biologici
di vario genere. Indirettamente induce alterazioni nelle materie con cui la pietra
umida può essere in contatto : malte, intonaco, legnami, ecc. ; provoca effetti sulle
condizioni di comfort ambientale ed aumenta la conducibilità termica del materiale.
L’azione dell’acqua è sempre in grado di modificare lo stato di equilibrio chimico e
fisico dei minerali che compongono le rocce, anche se non contaminata da altre
sostanze. All’idratazione si accompagnano infatti fenomeni di idrolisi (reazioni tra
l’acqua e gli ioni del minerale). Le modifiche che si inducono indeboliscono le strutture
intergranulari e alterano la coesione originale.
Cristallizzazione dei sali.
Per reazione chimica, i carbonati che compongono le pietre, sotto attacco acido, si
trasformano in soluzioni saline. Nelle porosità delle pietre possono inoltre avvenire
formazioni saline per altre cause: trasporto di sali da acque sotterranee risalenti per
capillarità; salsedine nelle zone marine; sostanze chimiche presenti in altri materiali a
contatto. Vi sono molti sali solubili in acqua, citiamo i principali: solfato di calcio,
solfato di magnesio, cloruro di sodio e solfato di potassio. Dove l’acqua evapora, in
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genere nello strato superficiale, i sali in soluzione precipitano e ricostituiscono
cristalli. La formazione dei cristalli salini si accompagna spesso ad aumento di volume
che genera pertanto tensioni interne simili a quelle del ghiaccio.
Azioni eoliche.
Il vento svolge un’azione di trasporto di materiale, provoca una distribuzione
disomogenea della pioggia e delle polveri sulle superfici esposte. Esso costituisce
quindi un moltiplicatore degli effetti provocati dall’acqua . L’azione del vento accelera
inoltre i cicli di evaporazione con una conseguente migrazione dell’acqua dall’interno
all’esterno. Il vento aumenta inoltre l’azione meccanica delle piogge battenti con
conseguente asportazione di porzioni di materia che avevano già subito processi
degenerativi.
Alterazione dei silicati.
Le rocce eruttive (graniti, sieniti, basalti, porfidi, ecc.) ed anche alcune rocce
sedimentarie (arenarie) sono costituite principalmente da silicati, cioè da minerali che
contengono nel loro reticolo cristallino il gruppo SiO2 . Questi minerali possono subire
degrado per effetto di attacco chimico di tipo acido. Il processo di alterazione a
livello del reticolo cristallino sembra che sia causato dalla sostituzione di alcuni ioni:
potassio, sodio, ecc (K+, Na+) con lo ione idrogeno H+ il quale provoca la demolizione del
reticolo stesso, trasformando le pietre in diversi successivi materiali fino a renderli
argillosi. In questi processi lenti le pietre tendono a perdere alcali e silice in rapporto
agli ossidi di ferro ed alluminio. Queesti processi di degenerazione vengono accelerati
se l’acqua è acida. L’attacco acido può dipendere anche dalle condizioni dell’atmosfera
(concentrazione delle anidridi), dalle condizioni del clima.
Alcuni dei più importanti minerali presenti nelle rocce silicatiche possono presentare
le seguenti probabili sequenze di alterazione: muscoviti, biotiti, feldspati, anfiboli
pirosseni.
Ogni particella alterata può, per dilatazione, generare tensioni interne in grado di
disgregare il materiale, provocare penetrazione d’acqua, con gli effetti visti, e talvolta
addirittura la disgregazione.
Alterazione dei carbonati.
Molte rocce di origine varia (calcari, marmi) sono composte essenzialmente da
carbonato di calcio; in altre (arenarie), i carbonati sono presenti in percentuali
variabili. Anche i carbonati subiscono un attacco chimico di tipo acido, anche per essi
quindi valgono le descrizioni dei fattori chimici e delle condizioni di atmosfera e di
clima descritte per gli attacchi ai silicati. Diversi sono invece i processi chimici che in
essi si possono sviluppare. Le acque con elevata concentrazione di anidride carbonica
(CO2) possono trasformare i carbonati in bicarbonati solubili:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
cioè:
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carbonato di calcio non solubile + anidride carbonica + acqua diventa bicarbonato
solubile.
Analogamente acque con elevata concentrazione di anidride solforosa possono
trasformare i carbonati in sali di gesso solubile:
CaCO3 + SO3 + 3H2O → (CaSO4 2 H2O) + H2O + CO2
cioè:
carbonato di calcio non solubile + anidride solforica + acqua diventa gesso e acqua più
anidride carbonica.
Gli effetti di questi attacchi acidi sui carbonati sono diversi a seconda che si tratti di
pietre compatte o porose.
- Nel caso delle pietre carbonatiche compatte l’attacco acido avviene sono in
superficie: nel caso in l’acqua a contatto con il materiale sia in condizioni di moto
lento si osserva la formazione di croste nere; nel caso nel caso in cui la superficie
della pietra sia interessata da acqua battente o flussi idrici veloci, vengono
prodotte zone di colore chiaro corrose e di rugosità irregolare.
- Nelle pietre porose l’acqua penetra e l’attacco può avvenire più in profondità. Se la
roccia è esposta al dilavamento si ha asportazione progressiva di materiale e si
generano aspetti di superfici corrose. Se invece la roccia non è molto esposta al
dilavamento o l’attacco acido avviene per assorbimento igroscopico, la
trasformazione in profondità dei carbonati dipende dall’acqua interna. Questa
tende a migrare all’esterno e quindi ad evaporare in superficie . qui i sali
precipitano e cristallizzano nei pori contribuendo per aumento di volume a
disgregare la pietra e formando croste fragili.
Microrganismi vegetali e animali
Le radici dei vegetali possono incunearsi in piccole fessure delle pietre; il loro
processo di crescita provoca pressioni che tendono ad allargare le fessure originarie,
favorendo la penetrazione dell’acqua con tutti gli effetti conseguenti.
Il guano degli uccelli provoca attacchi acidi in particolare nelle rocce calcaree.
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