Pietre per bioedilizia

La proprietà più importante delle pietre di seguito descritte, ai fini della Bioedilizia, è la monolicità, che varia da tipo a tipo e permette di usarle per varie destinazioni nelle costruzioni.

Infatti, è preferibile usare pietre che leghino in maniera coerente con le malte, per le affinità di composizione e di aderenza delle superfici con il legante, a pietre, anche se più resistenti, che non abbiano affinità con le stesse.

Questo perché queste caratteristiche presentano una certa importanza per la scelta dei materiali litoidi nelle murature in quanto lo stato di umidità delle pietre, e le possibili variazioni termiche che possono avvenire nella massa che le costituisce, possono determinare o meno la traspirazione di umidità dalle pareti e nello stesso tempo impedire l’ attraversamento del calore.

Infatti l’uso ottimale della pietra in genere è in sostituzione del laterizio, come veniva e viene usata ancora nella costruzione dei muri esterni dei fabbricati. Le pietre migliori sono le porose in quanto la presenza di vacuoli interni migliora la tenuta coibente del materiale e impedisce fenomeni di condensa sulle superfici: quindi per questa particolarità sono da preferire le arenarie, i calcari non molto compatti, mentre rispondono peggio le rocce eruttive in genere.

La pietra è forse il materiale edile più antico e tradizionale ed è quello che ha le migliori caratteristiche bioecologiche in genere, valutando le però attentamente ciascuna per le proprie caratteristiche, in base all’uso specifico che ne deve essere fatto.

È resistente e durevole e in alcuni casi può essere fragile e scheggiabile a causa della sua rigidità.

Requisiti e proprietà delle pietre per gli usi nella Bioedilizia

Per l’applicazione nella Bioedilizia, a qualsiasi titolo, tutti i materiali pietrosi devono rispondere a particolari requisiti che ne caratterizzano l’utilizzabilità in funzione della rispondenza attitudinale al loro impiego.

Tali requisiti si possono così riassumere: proprietà bioecologiche: permeabilità e conducibilità termica;peso specifico e peso di volume;grado di compattezza e porosità; durezza;durevolezza;resistenza;aspetto e colore;affinità con le malte.

Proprietà bioecologiche: Permeabilità e conducibilità termica

Queste caratteristiche presentano una certa importanza per la scelta dei materiali litoidi nelle murature in Bioedilizia in quanto lo stato di umidità delle pietre, e le possibili variazioni termiche che possono avvenire nella massa che le costituisce, possono determinare o meno la traspirazione di umidità dalle pareti e, nel contempo, impedire attraversamento di calore. Le pietre migliori sono quelle porose in quanto la presenza di vacuoli interni migliora la tenuta coibente del materiale e impedisce fenomeni di condensa sulle superfici.

Quindi, per questa particolarità, sono da preferire le arenarie, calcari non molto compatti, mentre rispondono peggio i materiali pietrosi eruttivi in genere.

Il peso specifico e il peso di volume

Per la maggior parte dei materiali pietrosi si tiene conto del peso di volume che a seconda della sua entità, con riferimento all’unità (peso specifico e relative dell’acqua), determina una classificazione in peso dei materiali litoidi. Secondo il peso di volume le pietre sono classificate:

-molto leggere, con p. di v. fino a 1.000 kg/me (pomici);

-leggere, con p. di v. fra 1.000 e 1.500 kg/me (tufi vulcanici e calcarei, sabbie asciutte);

-mediamente pesanti, con p. di v. da 1.500 a 2.500 kg/me (calcari teneri, arenarie porose, travertini peperini, porfiriti ecc.);

-pesanti, con p. di v. da 2.500 a 3.000 kg/me (calcari compatti, dolomie, porfidi, graniti, dioriti, gneiss, porfiriti ecc.);

-molto pesanti, con p. di v. sopra i 3.000 kg/me (basai ti, qualche gra- nito, anfiboliti e poche altre).

Grado di compattezza e porosità

Queste due entità sono estremamente importanti in Bioedilizia, sono inverse una dell’ altra e possono essere viste unitamente. La compattezza di una pietra, come parametro, è ottenuta dal rapporto fra il peso di volume e il peso specifico assoluto. Sia la porosità che la compattezza e l’imbibizione assumono molta importanza in funzione della durevolezza in quanto sia la porosità che la conseguente possibile imbibizione della pietra influenzano e aiutano la disgregazione del materiale esposto agli agenti atmosferici.

La porosità di una pietra è dovuta alle soluzioni di continuità dei vari minerali componenti e quindi alla presenza di alveoli o vacui all’interno della massa (pori). Si misura con il coefficiente di porosità che rappresenta il rapporto percentuale tra la roccia intesa totalmente compatta e la roccia effettiva allo stato naturale. Esiste anche una porosità apparente che indica il rapporto fra il volume dell’acqua assorbita dalla roccia e il volume totale dei pori.

Per tale entità si considera un coefficiente di imbibizione che tiene conto dei pesi assunti dalla roccia allo stato secco e dopo immersione prolungata in acqua. Il coefficiente di porosità e quello di imbibizione variano notevolmente secondo le caratteristiche dei materiali pietrosi.

Durezza

Questa proprietà dei materiali pietrosi in Bioedilizia, pur caratterizzandone il comportamento sotto vari profili, non è propriamente pertinente nel senso comune dato alla parola nella maggior parte dei casi; infatti, la composizione mineralogica dei materiali pietrosi non presenta che raramente uniformità di componenti, e così una roccia può presentare componenti con durezze differenti, a seconda della quantità dei due, presentare diversità di comportamento sotto uno degli aspetti di valutazione quali per esempio la possibilità di scalfittura stabilita dal criterio più comunemente adottato.

È bene notare anche che le rocce imbevute d’acqua, perdendo coesione, perdono pure durezza, questo spiega il comportamento di certi tufi che, cavati umidi dalle cave e facilmente tagliabili, nell’ asciugarsi assumono compattezza e maggior durezza.

Infatti la durezza mineralogica è, come sappiamo, riferita alla scala di Mohs, che ordinò dieci minerali campione in modo che ciascuno di essi fosse in grado di scalfire quello che lo seguiva; essi sono talco, gesso, calcite, fluorite, apatite, ortoclasio, quarzo, topazio, corindone e diamante, determinando l’appartenenza alle diverse gradazioni.

Nel caso dei materiali pietrosi, però, per la disomogenea struttura minerale degli stessi, questo tipo di prova non può essere generalizzato e, di solito, anziché accertare il comportamento alla scalfittura si preferisce esaminarne il comportamento per azioni di abrasione, logoramento per attrito e sfregamento e, tenendo conto della possibilità di lavorazione, della segabilità.

Un altro degli elementi che intervengono nella valutazione della durezza dei materiali pietrosi è il grado di compattezza e coesione del materiale; è facilmente dimostrabile che, a parità di componenti minerali, la compattezza viene ad aumentare la resistenza alla abrasione e quindi la durezza, determinando anche maggiori difficoltà di segagione.

La compattezza è direttamente connessa con il peso di volume e quindi ne deriva che rocce con maggior peso di volume (p.s. apparente) presentano più durezza di quelle più leggere.

Durevolezza

Con tale termine si individua la precisa particolarità delle pietre di resistere nel tempo alla degradazione. Essa può avvenire per cause atmosferiche, per cause chimiche e anche per interventi di natura organica oltre che per cause intrinseche alla materia stessa ed è una caratteristica fondamentale per un uso appropriato in Bioedilizia. La durata nel tempo delle pietre in opera è condizionata quindi all’azione concomitante di due fattori:

-attivi quelli dovuti alle erosioni fisico-meccaniche e chimiche dell’atmosfera nonché all’attacco di vegetali;

-passivi quelli dovuti alla composizione mineralogica della roccia, alla sua tessitura e al trattamento più o meno idoneo delle superfici. Fra gli agenti fisico

-meccanici che presentano il carattere di maggior pericolosità va annoverato il fattore termico che, unitamente all’acqua imbibita dalla pietra, può determinare una causa di rapida degradazione; questo fenomeno è detto gelività e rappresenta una caratteristica che mal si addice in generale all’uso nelle costruzioni, ma ancora di più in Bioedilizia.

Infatti le escursioni termiche provocano nel materiale, per effetto del diverso comportamento di dilatazione, in superficie e all’interno, notevoli tensioni che, nel caso di presenza di minerali diversi, possono costituire un fattore di usura per il distacco di parti in superficie e per l’avvio di degradazioni in profondità.

Quando poi il materiale presenti una discreta porosità e un alto coefficiente di imbibizione (caso tipico le arenarie, i tufi e tutte le pietre porose), allora l’acqua penetrata all’interno, per effetto di temperature notevolmente al di sotto dello zero, nel gelare provoca tensioni negli strati immediatamente sotto superficiali, determinando, con l’aumento di volume, una sorta di scrostamento che dà l’avvio alla irreparabile degradazione.

Questo fenomeno che fa chiamare gelive le pietre che ne vanno soggette è uno dei più appariscenti e si può notare con notevole frequenza nei monumenti fiorentini ove è usata prevalentemente pietra serena e forte, entrambe di natura arenaria con diverso cementante, ma comuni nel comportamento.

Analogo comportamento a quello della gelività è prodotto dalla salsedine marina che, penetrando con l’acqua nei pori delle pietre, successivamente, per la cristallizzazione, viene a provocare tensioni meccaniche di disgregazione.

Oltre a tali azioni di rottura, il successivo dilavamento delle acque, che asporta le pareti erose, e l’azione meccanica del vento e del pulviscolo trascinato che investe e rode le parti scabrose, determinano poi la continuazione del fenomeno peggiorandone le condizioni.

Altro fattore di disgregazione, di recente assurto a importanza pari a quelli sopraddetti di natura fisico-meccanica, è quello di natura chimica determinato dalla presenza in sospensione nell’atmosfera dei gas combusti e da tutte le altre impurità, ormai diffuse nell’aria a causa dell’inquinamento atmosferico, in particolar modo nelle grandi città.

Questi gas, fra cui deleterie le anidridi solforose, gli ossidi di piombo e altre impurità tendono a intervenire chimicamente nella composizione mineralogica delle pietre introducendo fenomeni di degradazione chimica.

Tipica è la gessificazione dei calcari, e l’ossidazione degli stessi con perdita di colori iniziali e depositi di pulviscolo chimicamente attivo sono poi aiutati nell’ opera di attacco dalle acque meteoriche che essendo prive di sali diluiscono e rendono attivi i sali medesimi che si trovano depositati sulle superfici.

È di poca entità e di natura particolare l’attacco di agenti organici in quanto limitato a condizioni ambientali caratteristiche (clima umido e caldo umido). Si manifesta con l’attacco in superficie di muschi e licheni che possono favorire la penetrazione nella massa pietrosa d’acqua, aumentando il processo di erosione artificiale dovuta alla penetrazione degli apparati radicali degli stessi.

Una forma di difesa da tali erosioni si può ottenere rendendo impermeabili le superfici porose e impedendo la penetrazione dell’acqua all’interno di esse. I prodotti più usati per tale scopo sono silicati e altri sali insolubili che una volta depositati ricristallizzano ostruendo i pori.

Per il trattamento delle superfici si possono usare vernici apposite a base di allumi, siliconi, ma non vernici plastificanti che ne eliminerebbero la traspirabilità ecc., ognuna più o meno indicata ma che in genere non producono immunità permanente.

Poco durevoli sono tutte le rocce porose, alcune brecce e puddinghe, le arenarie in genere (maggiormente se a cementante argilloso). Per la scala di durevolezza possiamo dire che le rocce magmatiche, le sedimentarie compatte e le metamorfiche sono le più durevoli.

Resistenza agli sforzi

Questa caratteristica, importantissima, è connessa alla possibilità di impiego delle pietre nelle costruzioni in Bioedilizia al posto di altri materiali strutturali come il cemento armato.

Fra le varie “resistenze” che interessano il costruttore cinque sono le più importanti e di esse la prima in modo preminente

Esse sono:

. resistenza alla compressione;

. resistenza alla trazione;

. resistenza alla flessione;

. resistenza all’urto;

. resistenza all’usura.

La resistenza alla compressione, e cioè l’opposizione alle forze che tendono alla rottura per schiacciamento, che caratterizza questa qualità. Possiamo dire che questo tipo di resistenza è di gran lunga la più importante per gli usi in Bioedilizia, in quanto i materiali litoidi, come i conglomerati artificiali, hanno poca attitudine a resistere alla trazione e quindi di conseguenza anche alla flessione.

Si cerca a tal fine quindi il carico di rottura delle pietre, carico che rappresenta in kg per cm2 lo sforzo unitario per schiacciare appositi provini del materiale. Lo sforzo di compressione fino alla rottura, da considerare esercitato perpendicolarmente alle sezioni piane interessate e assiale al solido, è di solito molto più elevato del carico di lavoro che può essere assunto per la resistenza del materiale litoide utilizzato.

Le resistenze a rottura per compressione delle varie pietre variano moltissimo e per le pietre da opera passano da minimi di 200 kg/cm2 per alcune arenarie e tufi fino ai massimi di 2.500-4.000 per alcuni graniti, calcari compatti, porfiri quarziferi e basalti. Il carico di lavoro è di solito una frazione piccolissima del carico di rottura.

Si considera un grado di sicurezza elevato che può passare da 20-30 a 70-100, con tutte le sfumature e considerazioni particolari per i vari tipi di roccia. Questo per una serie di fattori, fra i quali l’impossibilità preventiva di accertare la consistenza omogenea della massa pietrosa, l’esistenza di piani di divisibilità, non perpendicolari alla direzione dello sforzo, il verso di utilizzazione ecc.

Nell’impiego di materiali pietrosi soggetti a sforzo assiale di compressione è necessario porre in opera le pietre secondo le direzioni più favorevoli alle possibili stratificazioni dei banchi in modo da sistemare gli strati ortogonalmente alla direzione degli sforzi e non viceversa.

La resistenza alla trazione delle pietre, anche se in effetti esiste, non è di solito presa molto in considerazione, anche se, per alcune di esse, particolarmente coerenti e omogenee, può assumere valori non trascurabili, infatti può essere considerata all’intorno di 1/20-1/50 di quella alla compressione.

Il caso di flessione, tipico in alcuni grandi architravi di triliti in pietra in monumenti megalitici dell’ antichità, può essere ricondotto entro limiti accettabili nel caso di sollecitazione di compressione semplice; infatti analizzando la dimensione del blocco litoide orizzontale, di solito di notevole spessore, possiamo accertare che, per l’effetto arco della parte superiore dello stesso, la parte inferiore viene quasi del tutto scaricata dalla esuberanza della resistenza a compressione dal lembo compresso e, pertanto, senza sforzi di trazione di valore apprezzabile.

A causa della compattezza delle pietre e per le varie giaciture degli strati, e secondo la cava di provenienza, è opportuno che i conci, le colonne, e tutti gli elementi da usare, ove esistano notevoli sforzi di compressione, siano tagliati e lavorati in modo che le superfici orizzontali o comunque spianate, ortogonalmente alle quali verrà a essere esercitato lo sforzo di compressione, appartengano al verso naturale del materiale in modo che possano opporre la massima resistenza agli sforzi, senza pericolo di divisibilità.

La resistenza all’urto è la tipica resistenza per materiali da utilizzare come paramento e rivestimento e, soprattutto, per pavimentazione, per lo più usati per pavimentazione stradale come porfidi e simili.

La resistenza all’usura è quella opposta dalle pietre all’azione di abrasivi per attrito e per azione meccanica di getto di sabbia e serve per accertare la possibilità di impiego di materiali per usi vari fra i quali preminenti quelli di pavimentazione e massicciata stradale.

Aspetto e colore Sia il colore che l’aspetto (dovuto anche ad altri fattori) sono caratteristiche determinanti per l’uso di una pietra. Di solito la colorazione di una pietra è dovuta al colore del suo componente essenziale; nelle pietre composte o conglomerate la varietà del colore cambia a seconda della quantità dei vari componenti e delle loro dimensioni. L’esaltazione delle componenti cromatiche di una pietra è accentuata dalla finezza della lavorazione (delle sue superfici esposte) e può variare notevolmente dal più chiaro allo scuro secondo gradi di finitura e cioè partendo dal grezzo allo sbozzato, al martellinato al levigato e infine al lucidato. La tonalità cromatica di una pietra può variare notevolmente nel tempo facendo assumere alla stessa il cosiddetto “colore del tempo” che è poi quello definitivo.

Questa trasformazione è dovuta in parte alla ossidazione superficiale dei minerali che la costituiscono nonché alla patina che ragioni ambientali e meteoriche lentamente vanno facendo assumere alla stessa.

Di solito le pietre scure tendono a schiarire, le chiare a scurire. Il travertino bigio, per esempio, diventa giallognolo e rossastro, quello chiaro imbianca. E opportuno osservare che il tempo, in generale, fa assumere alla pietra una tonalità monocromatica che migliora l’aspetto complessivo del monumento.

Aderenza con le malte

Questa proprietà, che presentano in maniera diversa fra loro numerosi tipi di materiali pietrosi usati in Bioedilizia, rappresenta una delle caratteristiche d’impiego che, nella fattispecie delle murature litoidi, ne costituiscono una prerogativa molto importante. Infatti è preferibile usare pietre che leghino in maniera coerente con le malte, per le affinità compositive e di aderenza delle superfici con legante, a pietre, anche se più resistenti, che viceversa non abbiano affinità con le stesse. Le pietre silicee, di solito, presentano maggiore affinità chimica delle altre; per quanto concerne l’affinità fisica, arenarie le presentano la migliore rispondenza in tal senso.

Pietre Artificiali

Sono usate in sostituzione delle pietre naturali. Sono formate da un nucleo di calcestruzzo di cemento rivestito nelle parti in vista con malta di cemento semplice e con malta di cemento, graniglia e polveri minerali colorate.

Nel primo caso si hanno pietre artificiali a pelle di cemento, che ad opere finite hanno l’aspetto di un intonaco liscio e cinerognolo; nel secondo caso si hanno pietre artificiali a pelle lavorata, la cui superficie a stagionatura avvenuta è lavorata con la bocciarda o la martellina oppure levigata e lucidava come un marmo.

In quest’ultimo caso si hanno i marmi artificiali. Si imita bene la trachite, il travertino, i conglomerati in genere. Le pietre artificiali o cementi decorativi possono essere gettate in posto o lavorate in cantiere e poi trasportate in opera. Le cornici in genere vengono gettate sul posto mentre le pietre ornamentali o con risalti complessi vengono gettate in cantiere.