Materiali tradizionali dell`architettura e del risparmio energetico (8cfu

UNIVERSITA’DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA
CdL SCBAA
Corso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43
DASTEC
Dipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire"
Anno Accademico 2010-2011
Materiali tradizionali dell’architettura e del risparmio energetico
(8cfu)
Docente: Cherubina Modaffari
Lez.14
I Materiali Tradizionali e gli elementi costruttivi
Caratteristiche tecniche, impieghi, problematiche tecnologiche.
Lapidei
04/05/2011
I MATERIALI LAPIDEI
Informazioni storiche
Insieme all’argilla e al legno, la pietra naturale è uno dei primi materiali
Utillizzati dal’uomo per costruire.
All’inizio della nostra civiltà furono realizzati in pietra oggetti d’uso (armi,
utensili e gioielli)
I primi edifici realizzati in pietra naturale lavorata sono le piramidi egizie e i
megaliti, tra cui i cerchi di pietre di Stonehenge.
Nel 2700 A.C. a Sakkara in Egitto, fu
costruita la più antica piramide a gradoni
con blocchi di calcare rozzamente
sbozzato
In Grecia le pietre venivano poste in
opera senza giunti di malta e utilizzate
per zoccolature, colonne, archi e fregi.
Megaliti a Stonehenge, Inghilterra.
I romani svilupparono la
tecnica della volta.
Del I Secolo D.C. è la
realizzazione di
infrastrutture come
l’acquedotto di Pont du
Gard, alto 50 mt .
Pont du Gard, Provenza, Francia,I sec.D.C.
Nel periodo Gotico l’arte
degli scalpellini
raggiunse il suo apice.
Permise la realizzazione
di volte in costoloni
reticolari scaricanti le
forze sui pilastri di
parete.
Le pareti tra i pilastri
persero la funzione
portante trasformandosi
in superfici luminose.
Ripartizione dei carichi, volta gotica, Cattedrale di
Bath, Gran Bretagna, 1499..
Con l’inizio del Rinascimento
L’aspetto esteriore dei grandi
edifici civili come i palazzi
acquisisce un rilievo sempre
maggiore, come mostra in
maniera esemplare il Palazzo
dei Diamanti di Biagio
Rossetti a Ferrara.
Particolare del Palazzo dei Diamanti,
Ferrara,1493, Biagio Rossetti
In Italia, nascono facciate che
si allontanano dal concetto di
parete portante.
Duomo di S.Maria del Fiore, Firenze, 1296, Arnolfo di
Cambio, Filippo Brunelleschi e altri.
Negli anni Venti del secolo
scorso, Adolf Loos evidenzia
l’impiego decorativo, nella
facciata della “LoosHaus”,del
rivestimento
in
marmo
cipollino
Casa Kaufmann di Frank
Lloyd Wright è un esempio di
grande effetto per quel che
riguarda le pareti a cortina.
Looshaus, Vienna, Austria, 1910,
Adolf Loos.
Sessant’anni
dopo,
Peter
Zumthor sceglie la stessa
tecnica costruttiva- anche se
ricorrendo alla pietra tagliataper il fronte delle Terme di
Vals.
Casa di abitazione, Frank Lloyd
Wright, Mill Run, Stati Uniti,
1937.
Terme di vals, Peter
Zumthor, Svizzera ,
1995.
Tra le opere contemporanee emerge la rinnovata importanza
attribuita alla superfici e alle qualità sensoriali.
La Winery di Herzog
Meuron in California
esempio
teatralizzazione
qualità superficiali
pietra naturale
& de
è un
della
delle
della
Nuovi utilizzi e inconsueti
della pietra vengono ideati
per la facciata: gabbie di
rete metallica riempite di
pietra.
Dominus Winery di Yountville in California, Herzog & de
Meuron,1998.
Chiesa di St. Pius a Meggen (Svizzera), di
Franz Fueg (1966).
La chiesa di San Pio di Franz Fueg a
Meggen, in Svizzera, esprime le proprietà
di trasparenza del marmo.
Il Santuario di Padre Pio a Foggia di
Renzo Piano esprime una soluzione
strutturale
costituita
da
capriate
centinate precompresse di pietra
calcarea locale,che creano luci di circa
50 m.
Santuario di Padre Pio, Foggia, 2004, Renzo Piano.
Classificazione
Le rocce utilizzate in edilizia si dividono in:
• Rocce eruttive, originate dalla solidificazione del magma fuso (e si
suddividono in tre gruppi);
Rocce intrusive
Rocce effusive
Rocce magmatiche
• Rocce sedimentarie si formano per disgregazione, erosione e
deposito di rocce più antiche (eruttive, sedimentarie, metamorfiche)
trasportate dall’acqua e si sedimentano sotto forma di
detriti.(arenarie,calcare, travertino)
• Rocce metamorfìche, derivano da rocce esistenti, scisti cristallini
effusivi (da rocce eruttive) o rocce sedimentarie metamorfiche (da rocce
sedimentarie). La formazione avviene attraverso grande pressione ,
temperature elevate o processi chimici che ne modificano le proprietà
principali della roccia originaria.(ardesia, marmo, gneiss)
Rocce eruttive
sono a loro volta distinte in:
Rocce intrusive, sono quelle formatesi da un magma
fuso con un raffreddamento molto lento (granito, sienite,
dioriti).Ciò determina la struttura uniforme e densa.
Quasi tutte le rocce intrusive sono antigelive e vengono
utilizzate per l’elevata resistenza a compressione e
all’usura.
Rocce
effusive,
sono quelle originate dalla
penetrazione di magma liquido in fessurazioni rocciose.
Nella struttura sono simili alle rocce intrusive, ma la
cristallizzazione è irregolare per via del raffreddamento
più rapido (pegmatite,aplite, lamprofiro)
Rocce
magmatiche, sono prodotte dalla fuoriuscita del
magma dalla crosta terrestre(diabase, basalto,riolite).
Rappresentazione sistematica dei tipi di rocce
Tipi di rocce
•
•
Granito: appartiene al gruppo delle rocce eruttiveintrusive,
è
composta
da
feldspato
(colore),
quarzo(durezza) e mica. Il granito è la roccia più resistente .
E’ disponibile nei colori : rosso,rosa, giallo, grigio, grigioazzurro.
Basalto: appartiene al gruppo delle rocce eruttivemagmatiche. Il colore è grigio scuro o nero.Il basalto ha
un’elevatissima resistenza alla compressione, è difficile da
lavorare. E’ resistente agli agenti atmosferici. Il basalto
“verde” e invecchiato e conosciuto come diabase.
•
Arenaria: appartiene al gruppo delle rocce sedimentarie
nello specifico ai conglomerati (sedimenti clastici)
composti da granelli di quarzo e legante cementifero. E’
disponibile nei colori: rosso, giallo, marrone e verde. Dal
legante dipendono la solidità, la capacità di assorbimento
idrico e la resistenza al gelo. Per la bassa resistenza
all’attrito non è adatta come rivestimento di pavimenti
fortemente sollecitati.
Tipi di rocce
•
•
Calcare: è una roccia sedimentaria chimica formata in
diverse ere geologiche nell’acqua. Il calcare è composto da
carbonato di calcio e si presenta in tonalità di colore giallo,
grigio, rosso e bianco. Il suo impiego è sconsigliato in
ambienti caratterizzati da umidità elevata.
Marmo: è una roccia metamorfica (da roccia sedimentaria).
Il marmo puro è bianco. Viene impiegato come rivestimento
di pavimenti o rivestimenti di parete e di facciata.
•
Argilloscisto: Il concetto di scisto definisce le
caratteristiche di fessurazione delle pietre in cui i minerali
forniscono indicazioni sul grado di metamorfosi
(argilloscisto, ardesia, serpentenite).L’argilloscisto dispone
di una struttura a lamine parallele.Il colore è grigio scuro o
nero. L’impiego prevalente è per rivestimenti, piastrelle e
rivestimenti di copertura
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei
L’estrazione delle pietre naturali avviene
prevalentemente con coltivazione a
giorno
Per l’estrazione di alcuni tipi di marmo,
ardesia e calcare si procede sotto la
superficie.
I blocchi vengono fratturati lungo le
superfici di separazione naturale
(fenditure), con l’ausilio di cunei
idraulici.
Cava di pietra
Obiettivo dell’estrazione è ottenere
blocchi grezzi rettangolari di dimensioni
adeguate e produrre la minor quantità
possibile di “scarto”.
L’estrazione delle rocce provoca
cambiamenti distruttivi nel paesaggio,
cancella gli strati di copertura.
Cava di marmo
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei
I procedimenti di lavorazione
dei blocchi grezzi consistono
nell’impiego di :
Seghe diamantate
spesse 2 cm, 8 cm
(lastre
Seghe
tagliablocchi
(rivestimenti di 1,5 cm)
Seghe circolari e seghe per
blocchi.(lastre grezze di 8 cm)
Lavorazione
Le operazioni caratteristiche possono dividersi in:
Segagione
Scalpellatura
Tornitura: per la formazione di solidi a sezione circolare
Levigazione e lucidatura: attuabile solo sulle rocce
compatte, omogenee e di grana fina; (le lastre vengono
trattate con apposito disco rotante orizzontale e materiali
abrasivi).
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei
Lavorazioni superficiali dei blocchi di pietra:
1) e 2) Spuntatura media e grossa,
3) e 4) Bocciardatura fine e media
5) Gradinatura fine
6) Scalpellatura fine
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei
Calcare scalpellato
grossolanamente
Granito martellato
Calcare scalpellato
e levigato
Granito bugnato
Calcare lavorato
con scalpello a
punta larga
Granito fiammato
Calcare martellato
Granito sabbiato
Calcare martellato,
spazzolato e levigato
Granito molato
Calcare lavorato con
sega diamantata
Granito lucidato
Proprietà significative
sostenibilità ambientale
Contiene una ridotta quantità di energia incorporata perché è un materiale naturale,
ma comporta un significativo aumento del consumo di energia se deve essere
messa in opera a grande distanza dal luogo di estrazione (trasporto)
E’ un materiale riusabile e riciclabile ma è una risorsa non rinnovabile e determina
impatti paesaggistici nella fase di approvvigionamento (cave)
PROPRIETA’
Densità (variabile tra i 2200 e 2600 kg/m3) influenza:
Lavorabilità
- resistenza meccanica (aumenta con l’aumentare della densità)
- comportamento termico (migliora con il diminuire della densità)
- durevolezza (migliora con l’aumento della compattezza e quindi della densità)
- segabilità (maggiore nelle pietre tenere)
- lucidabilità (maggiore nelle pietre compatte)
Gelività (tendenza a fratturarsi per azione del gelo) aumenta con l’aumento della
porosità
Caratteristiche fisiche
Peso specifico e di volume: il peso specifico delle rocce varia tra
1000 e 3000 kg/m.c.
Coefficiente di porosità: la porosità di una pietra è dovuta alle
soluzioni di continuità dei vari minerali componenti e quindi alla
presenza di alveoli all’interno della massa. Esiste anche una porosità
apparente che indica il rapporto fra il volume dell’acqua assorbita dalla
pietra e il volume totale dei pori.
Coefficiente di imbibizione: rapporto tra peso dell’acqua assorbita
sino a saturazione e peso specifico.
Coefficiente di dilatazione termica: è in genere modesto poiché le
pietre sono tutte più o meno rigide.
Coefficiente
Permeabilità all’acqua: attitudine a lasciarsi attraversare da acqua in
pressione.
di conducibilità
termica: in genere è modesto.
Caratteristiche meccaniche
Le principali caratteristiche meccaniche delle pietre nelle costruzioni
sono:
Resistenza a compressione: capacità di sopportare sforzi di
schiacciamento.
Resistenza a flessione: capacità di sopportare gli sforzi connessi
all’incurvamento. E’ importante nel caso di manti di copertura,
architravi, pavimenti sopraelevati.
Resistenza all’urto: capacità di sopportare i colpi di un corpo
contundente.
Resistenza all’usura (o logorabilità): capacità di sopportare
l’attrito radente prodotto da corpi rigidi in movimento.
In base alla loro logorabilità, le pietre si distinguono in:
Poco logorabili: rocce eruttive.
Abbastanza logorabili: altre rocce scistose.
Logorabili: rocce sedimentarie.
Caratteristiche tecniche
Le principali caratteristiche tecniche delle pietre sono:
Igroscopicità: attitudine ad assorbire umidità dall’atmosfera.
Gelività: caratteristica delle pietre che presentano nella loro massa
piccoli capillari della dimensione di circa 1/10 mm di diametro.
Resistenza al fuoco: interessa le strutture che sono a contatto con
fiamme vive (camini).
Caratteristiche tecnologiche
Colore: di maggiore importanza in quelle ornamentali.
Lavorabilità: capacità della roccia di essere lavorata mediante
strumenti semplici (scalpelli, bocciarde, ecc.) o complessi (seghe
diamantate, taglierine a percussione, ecc.). Tale proprietà prevede
quattro tipi di interventi: spaccabilità,
segabilità, scolpibilità,
lucidabilità.
Divisibilità: attitudine di una pietra a dividersi secondo particolari
direzioni determinate dalla struttura della roccia da cui proviene. Può
avvenire per: stratificazione, scistosità, fessurazione, fratturazione.
Durezza: capacità di opporsi alla penetrazione di utensili metallici. E’
in stretta relazione alla resistenza alla compressione.
Durevolezza: capacità di resistere alle azioni degradanti
atmosferiche e biologiche; è direttamente collegata alla porosità
della pietra.
Uso della pietra
L’impiego di pietre naturali è prevalente
nella produzione di :
Leganti minerali
Aggregati
Di distinguono inoltre relativamente
all’impiego:
Pietre dure (eruttive e alcune
metamorfiche)
Pietre dolci (sedimentarie)
In genere le pietre sono adatte per i
seguenti utilizzi:
Muratura
Gabbioni
Rivestimenti di facciata
Rivestimenti per pavimenti
Rivestimenti di pareti interne
Coperture di tetti
Uso della pietra
TIPOLOGIE DI PRODOTTI
blocchi per murature portanti e murature di chiusura;
masselli (blocchetti, binderi, cordoli, cubetti) per
pavimentazioni esterne;
lastre per rivestimenti verticali e pavimentazioni;
conglomerati, graniglie, ricomposti (dai residui delle
lavorazioni);
pannelli compositi (rivestimento lapideo sottile su
supporti rigidi).
listelli per rivestimenti verticali e pavimentazioni;
Elementi tecnici
Murature
La pietra più adatta per le murature è quella che possiede:
- Elevata resistenza a compressione;
- Buona aderenza alla malta;
- Facile lavorabilità per limitare i costi;
- Buona durevolezza.
Le strutture murarie in pietra si possono distinguere in:
- murature con conci di pietra squadrata;
- murature con paramento di pietra squadrata;
- murature di pietrame a faccia vista: a corsi regolari, ad opus
incertum, a corsi interrotti;
- murature con blocchi di tufo;
- murature ordinarie di pietrame;
- murature ordinarie miste di pietrame e mattoni.
Rivestimenti
I rivestimenti esterni attuali impiegano lastre di spessore non superiore a 4cm.
Per i rivestimenti interni, le rocce impiegate sono quelle adatte ad essere
lucidate o finemente scolpite, come i marmi colorati e gli alabastri. La scelta
dipende dall’aspetto estetico-decorativo e dalla necessità di avere un’elevata
resistenza alle sollecitazioni esterne (abrasioni, urti).
Posa tradizionale
Rivestimenti
Facciate ventilate
Pavimentazioni
Per le pavimentazioni si utilizzano:
- Lastre regolari segate, dello spessore non inferiore a 2cm;
- Lastrame a contorno irregolare;
- Lastre naturali a spessore variabile di 3÷5cm;
- Graniglie di vario colore e pezzature;
- Cubetti quasi regolari ottenuti per spacco di strati rocciosi di porfidi;
- Bozze di pietra squadrate, in particolare granito e arenarie dure.
Bozze squadrate (Selciati) in granito, Basalto o
Lava
Prodotto innovativo lastra in
pietra con supporto in
calcestruzzo
tecnopolimerizzato dim. 40
x40 x 9 (2 +7)
Pavimentazioni
Degrado
Le pietre si alterano sotto l’azione di agenti
esterni interagenti di origine fisica, chimica,
biologica. Si possono individuare tre tipi
principali di alterazioni:
Sfarinamento: polverizzazione superficiale
del materiale che si riduce in polvere
biancastra.
Alveolizzazione: formazione
circolari anche molto profondi.
di
alveoli
Desquamazione: distacco di scaglie e
placche. E’ provocata dalla presenza di sali
(solfati, cloruri e nitrati) provenienti dall’aria
inquinata o dal suolo.
La pietra può acquisire col tempo una
protezione naturale rappresentata da una
patina di carbonato di calcio.
Strato di protezione in
ardesia
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto:
l’involucro in pietra naturale
La facciata ha proprietà termoregolatrici in virtù delle grandi masse di
pietra, e a causa della sua struttura grossolana “una penetrabilità”
elevata che eventualmente può venire compensata da ulteriori
accorgimenti costruttivi come l’esempio della chiesa di Mortensrud di
Jensen & Skodvin.
Chiesa di Mortensrud di
Jensen & Skodvin, Oslo,
2002.
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto:
l’involucro in pietra naturale
Progetti
La facciata è formata da pannelli prefabbricati ad altezza di interpiano appesi
ai solai. Ogni pannello è ottenuto assemblando lastre di travertino spesse
30mm, disposte con i bordi sovrapposti e fissate con perni di acciaio basso
legato. La struttura dei telai in alluminio sorregge, oltre al rivestimento in
pietra naturale ventilato e a taglio termico, anche i profili delle finestre sempre
a taglio termico.
Hotel, Berlino, 1996, Josef Paul Kleihues
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto:
l’involucro in pietra naturale
Progetti
La facciata lucida è formata da granito nero. Gli elementi finestra sono
inseriti a filo nella pietra. Il reticolo modulare è formato da maglie di 1,2 x
1,2 m, lo spessore delle lastre è di 30 mm.
Edificio per uffici, Berlino, 1996, Jurgen Sawade
Riferimenti bibliografici
Hegger Ausch-Schwelk Fuchs
materiali,Torino 2006, Utet
RosenKranz,
Atlante
dei
A.A.V.V., Atlante delle facciate,Torino 2006, Utet
Negro A., Tecnologia dei materiali da costruzione , Torino 86,
ed. Libreria Cortina (in particolare: capp. 1,2,3,4)
Maura G., Materiali per l'edilizia ,
particolare capp. I, II, III)
Roma 1988, ed. DEI (in