la pietra 001 - prof. Roberto Coppola

LA PIETRA
Si chiamano rocce gli aggregati minerali che in forma di masse geologicamente indipendenti costituiscono
parte integrante della litosfera, o crosta terrestre.
Estrazione e lavorazione della pietra e dei materiali lapidei
Cave di pietra e cave di marmo
II luogo di produzione del materiale lapideo è detto comunemente cava; in genere la cava è a cielo aperto e
l'operazione di estrazione è detta cavatura.
I procedimenti di «cavatura» sono diversi secondo il tipo di materiale che si deve estrarre. I metodi più
semplici sono quelli per l'approvvigionamento delle sabbie e ghiaie dal letto dei fiumi, mentre per la
cavatura della pietra e dei marmi, secondo la grandezza dei blocchi, si deve ricorrere all'uso di particolari
tecniche. Il sistema di cavatura attuale consiste in un impianto di cantiere, con una benna azionata a
macchina, che raccoglie e scarica il materiale su un piazzale di deposito, dove avviene il lavaggio e la
successiva separazione degli elementi di diverso diametro, attraverso vagli rotanti che accumulano i
materiali in altrettanti silos.
La cava viene attaccata sul fronte con mezzi meccanici, martelli pneumatici, perforatrici, per ottenere il
distacco dei massi. Per il distacco di grandi quantità di roccia si procede con il brillamento di mine (volata).
Per ottenere l'estrazione di blocchi interi dalle cave di marmo è usato il metodo del filo elicoidale. Si tratta di
un cavo del diametro di 3,5 — 6 mm, che viene teso tra diverse pulegge di rimando in modo da formare un
circuito chiuso in continuo movimento. II taglio della roccia è prodotto dal filo costantemente bagnato con
acqua e sabbia silicea o carburo di silicio.
Tipi di lavorazione
I grossi blocchi di pietra vengono ridotti a dimensioni più agevoli direttamente sul piazzale di cava.
In cantiere i blocchi vengono ridotti a lastre di vario spessore, secondo l’uso, per mezzo di seghe a telaio;
queste sono costituite da una serie di lame di ferro che con moto alternativo lentamente segano il blocco; le
lame sono costantemente bagnate da acqua con sabbia silicea.
Un altro metodo di lavorazione è il taglio con il disco diamantato; questo tipo di macchina è particolarmente
adatto per l'ulteriore lavorazione delle lastre e masselli di pietra o per piccoli blocchi.
Dopo la riduzione in lastre si effettuano in cantiere altre due lavorazioni:
• La levigatura consiste nello spianamento con apposite frese in modo da ottenere una superficie
piana, ma semilucida;
• la lucidatura viene effettuata con mole abrasive a grana sempre più fina, poi con mole di piombo ed
infine con dischi di feltro, fino ad ottenere una superficie quasi perfettamente speculare. La
lucidatura è un’operazione che richiede molto tempo e cura, e modi diversi secondo la varietà della
pietra o del marmo.
Proprietà tecniche delle rocce
Peso di volume
Per peso di volume s’intende il peso specifico apparente, cioè il peso in chilogrammi di un decimetro cubo
di roccia non frantumata. Se noi confrontiamo il peso di volume di una roccia con il suo peso specifico,
otteniamo un valore che indica il grado di compattezza:
per cui, essendo ps = peso specifico, pv = peso di volume, d = grado di compattezza, risulterà: d
=
pv
ps
Volume e forma della roccia
Per volume s’intende il massimo volume dei blocchi estraibili dal giacimento.
La forma della roccia è determinata dalla configurazione petrografica, dalla giacitura e dal metodo di
estrazione della roccia stessa.
Imbibizione, assorbimento, permeabilità
Qualsiasi roccia immersa nell’acqua se ne imbeve in misura più o meno rilevante. Questa caratteristica,
detta imbibizione, è in relazione al grado di porosità della roccia e può essere misurata dal coefficiente di
imbibizione:
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Gm − G
G
dove: Gm provino saturo d’acqua e G provino asciutto
La determinazione del coefficiente di imbibizione ha una notevole importanza pratica, poiché la resistenza
di una roccia è inversamente proporzionale all’imbibizione.
L'assorbimento è la proprietà che hanno le rocce di assorbire l'acqua per capillarità, quando siano poste a
contatto con l'acqua oppure su un terreno molto umido. Questa proprietà ha una grandissima importanza
pratica per l'impiego di rocce in strutture murarie; infatti, una muratura, con pietrame molto assorbente,
resta permanentemente umida, con riflessi negativi sull'igiene dell'ambiente.
La permeabilità è la capacità della roccia di imbeversi di acqua e di lasciarsi attraversare da essa sotto una
certa pressione idrostatica. Di particolare interesse per impiego di rocce in dighe e serbatoi. La permeabilità
può dipendere dalla porosità oppure essere prodotta da fessure o peli, attraverso i quali l'acqua si fa strada.
Durevolezza e gelività
La durevolezza delle rocce è la capacità di resistenza agli agenti atmosferici, all'azione chimica, biofisica e
fisica di questi. E quindi un requisito essenziale per l'impiego all'esterno dei materiali lapidei.
L'azione chimica è prodotta in genere dall'acqua, dall'ossigeno, dall'acido carbonico e da acido solforoso e
solforico.
Una roccia molto sensibile all'azione del ghiaccio si dice geliva.
E’ molto più dannosa un’alternanza di temperature da sopra a sotto zero gradi che un’intera stagione fredda
sotto lo zero. È anche evidente che il fattore clima condiziona in modo essenziale la durata di un tipo di
pietra. Per diminuire gli effetti della degradazione meteorica è opportuno levigare il materiale esposto.
Proprietà termiche. Dilatazione, conducibilità termica e resistenza al fuoco
Le rocce impiegate come materiali da costruzione hanno un coefficiente di dilatazione molto basso che
però può essere sensibilmente diverso per materiali di diversa natura. Le dilatazioni sono contenute quando
non provocano inconvenienti alle strutture. È importante tenere conto dell'associazione della pietra con altri
materiali più dilatabili (come, ad esempio, rivestimento di pietra su strutture in cemento armato).
La conducibilità termica è la proprietà che hanno le rocce di essere attraversate dal calore. Essa varia
notevolmente a seconda del tipo di pietra; si passa da valori molto bassi nel tufo, a quelli medi dei calcari e
basalti, a quelli piuttosto elevati dei graniti, serpentini, porfidi e gneiss.
La conducibilità termica è abbastanza importante per i materiali lapidei da impiegare nelle costruzioni civili,
poiché da essa dipende la maggiore o minore dispersione del calore.
La resistenza al fuoco è la capacità di una roccia di mantenere la propria integrità, forma e composizione a
contatto con la fiamma o in un ambiente ad altissima temperatura. In genere sono molto resistenti al fuoco
le rocce serpentinose, talcose; discretamente le arenarie, mentre i graniti si fendono ed i calcari tendono a
calcinarsi.
Durezza
Con il termine durezza s’intende la resistenza di una roccia ad essere incisa, logorata, segata. Un criterio di
misura pratico della durezza è dato dalla segabilità; si possono definire:
tenere, le rocce segabili facilmente con seghe di acciaio a denti;
semidure, quelle difficilmente segabili con seghe di acciaio a denti e facilmente segabili con seghe lisce
e sabbia di quarzo;
dure, quelle segabili con seghe lisce e smeriglio;
durissime, quelle segabili con seghe lisce e polvere di diamante o carborundum.
rocce tenere
tufi e calcari tufacei
rocce semidure
calcari ordinari, arenarie tenere
rocce dure
rocce durissime
calcari cristallini, arenarie forti
graniti, porfidi, diaspri
Dalla durezza del materiale dipende anche la resistenza all'usura o logoramento, proprietà particolarmente
importante per i materiali destinati a lastricato stradale e pavimentazioni. Per determinare la resistenza
all'usura si possono eseguire diverse prove:
— Prova per attrito radente.
— Prova al getto di sabbia.
— Prova di rotolamento
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Resistenza alle sollecitazioni
La resistenza alle sollecitazioni è uno dei requisiti essenziali per le pietre impiegate nelle costruzioni.
Resistenza a compressione. E’ la caratteristica che più si utilizza per i materiali da costruzione. Essa è
misurata dal carico di rottura allo schiacciamento, ricavato da una media dei provini. La compressione, ove
possibile, va esercitata in direzione normale al piano di giacitura di cava.
La resistenza a compressione non è in rapporto assoluto con gli altri caratteri fisici delle rocce; in genere si
può riscontrare che le rocce a grana fina ed uniformi, pesanti e di suono pieno, sono le più resistenti
(basalti, graniti).
Resistenza a trazione. Hanno una resistenza a trazione molto inferiore di quella a compressione (da 1/10 a
1/50). Le migliori sono ancora quelle a grana fine e compatte; inoltre influiscono sulla resistenza a trazione
la direzione dello sforzo, la forma e la grandezza dei provini.
Resistenza a scorrimento. La resistenza allo scorrimento è piuttosto bassa rispetto a quella di compressione;
tuttavia si può ritenere doppia rispetto alla resistenza a trazione.
La resistenza a scorrimento o taglio dipende molto dalla direzione della sollecitazione rispetto alla giacitura di
stratificazione della roccia.
Resistenza a flessione. Il comportamento delle rocce rispetto a questa sollecitazione dipende da molti
fattori:
— natura della roccia;
— modulo di elasticità della roccia:
— giacitura di stratificazione;
— grado di umidità;
— durata ed incremento dei carichi.
I carichi di rottura alla flessione si determinano con prove su provini prismatici appoggiati alle estremità e
caricati in mezzeria. La resistenza a flessione è particolarmente richiesta quando blocchi o lastre di rocce
sono impiegati come sbalzi, gradini, mensole, sedili, ecc.
Elasticità
La conoscenza del valore del modulo di elasticità (E) per i materiali da costruzione è necessaria per il
calcolo delle strutture. Per le rocce l'elasticità dipende essenzialmente dai minerali che la costituiscono,
dalla grana e dalla tessitura, dalla porosità, dall'umidità e dalla direzione della sollecitazione rispetto alla
stratificazione.
Tenacità (resistenza alla frattura)
È la proprietà che ha la roccia di resistere agli urti o ai colpi di martello. Se invece una roccia si rompe sotto
un piccolo urto, si dirà che è fragile.
La tenacità di una roccia dipende dalla grana e dalla tessitura, e per le rocce clastiche (cementate
naturalmente) dalla qualità del cemento e dal suo potere legante.
L'umidità ha una grande influenza sulla tenacità. In genere, una roccia con un elevato peso specifico e un
suono pieno (indice di mancanza di vuoti e vizi interni) è molto tenace. Nella lavorazione delle rocce in
cava, s’intende per tenacità la difficoltà di lavorazione dei blocchi di pietra.
Le prove di tenacità si possono fare sottoponendo il provino ad una serie di percussioni fino a romperlo.
Si richiede l'impiego di rocce tenaci, per opere soggette agli urti e per lastre di pavimentazioni stradali.
Lavorabilità
L'attitudine di una roccia ad essere lavorata, in modo da assumere una forma determinata e determinati
caratteri di superficie, può essere distinta, secondo il tipo di lavoro richiesto, in spaccahilità, segabilità,
scolpibilità e lucidabilità.
La lavorazione della pietra è facilitata dall'acqua di cava, perduta la quale la pietra acquista maggiore
tenacità.
La spaccabilità è resa facile da sottili strati di separazione per le rocce di natura sedimentaria, o da peli,
cioè fratture naturali.
La segabilità dipende essenzialmente dalla durezza della roccia; tale requisito è oggi molto importante,
perché l'impiego della pietra segata per rivestimenti e pavimentazioni è notevolmente aumentato.
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La scolpibilità è l'attitudine di una roccia ad essere lavorata con lo scalpello, la martellina ed altri strumenti.
Ottime per essere scolpibili sono le rocce a grana fina, omogenee, con moderata tenacità e coesione, come
i marmi saccaroidi delle Apuane.
La lucidabilità è la capacità di fornire superfici lisce speculari, con opportuni metodi. In pratica una roccia
che è in grado di essere lucidata si chiama comunemente marmo. La lucidatura aumenta la tonalità del
colore e la durevolezza della pietra.
Aderenza alla malta
È caratteristica essenziale per una pietra da impiegare in murature; se l'aderenza è scarsa, non è
consigliabile per muri portanti.
Sono a favore dell’aderenza alla malta l’irregolarità, la ruvidezza delle superfici e la porosità, mentre pietre
con superfici molto lisce e levigate o contenenti minerali micacei o talcosi perdono quasi completamente
tale caratteristica. La migliore aderenza si ha fra le arenarie e la malta di cemento. Ove fosse necessario
impiegare rocce poco aderenti alle malte, per superfici troppo lisce, è indispensabile rendere scabre le
superfici stesse con opportuna scalpellatura.
Impiego della pietra nelle costruzioni
La pietra è stata usata dappertutto nel corso dei secoli e fino agli inizi del '900; oggi quasi scomparsa dalle
strutture portanti, viene lavorata e ridotta in lastre per rivestimenti o frantumata in grandissima quantità per
ottenere pietrisco per le costruzioni stradali, per il cemento armato e per i materiali artificiali di rifinitura.
I materiali lapidei vengono quindi impiegati nei seguenti quattro settori:
1) nelle murature per opere di sostegno per strutture portanti;
2) per rivestimenti, pavimentazioni e coperture;
3) per opere artistiche e decorazioni in edifici a carattere monumentale o per restauro dei medesimi;
4) per opere di drenaggio, vespai, massicciate stradali e conglomerati artificiali.
Murature
Per le murature la pietra più adatta è quella che possiede:
— elevata resistenza a compressione;
— buona aderenza alla malta;
— facile lavorabilità per limitare i costi;
- buona durevolezza.
In genere l'impiego della pietra è sempre stato legato a fattori economici.
Nei piccoli centri urbani, la pietra usata era quella reperibile dalle cave locali, anche se risultava scadente e
geliva. Nei grandi centri, maggiori possibilità economiche consentivano l'uso di pietre e soprattutto marmi
per rivestimento anche da cave lontane. Oltre al costo di estrazione e di trasporto è sempre stato rilevante il
costo di lavorazione della pietra. Attualmente i mezzi meccanici di estrazione e quelli per il trasporto hanno
ridotto notevolmente i costi.
Rivestimenti e pavimentazioni
Per rivestimenti e pavimentazioni la pietra è impiegata in forma di massello, lastre segate, lastre naturali e
cubetti.
I rivestimenti impiegano lastre di pietra idonea o marmi di spessore limitato; il fattore principale di scelta è il
colore della pietra e la possibilità di ottenere lastre ad un prezzo conveniente. Le lastre vengono assicurate
alle strutture murarie con zanche d’acciaio.
Per le pavimentazioni si usano:
a) lastre regolari segate, dello spessore non inferiore a 2 cm;
h) lastre a contorno irregolare, dello spessore di 2 cm, che si ricava dagli scarti di lavorazioni più pregiate
(in questo caso la pavimentazione prende il nome di palladiana);
e) lastre naturali a spessore variabile di 3 — 5 cm;
d) graniglie di vario colore e pezzature; servono per la confezione di mattonelle artificiali; oppure per
pavimentazioni continue in opera, che si chiamano alla veneziana;
e) cubetti quasi regolari ottenuti per spacco di strati rocciosi di porfidi o arenarie dure, delle dimensioni
medie di 7 x 7, 8 x 8 o 10 x 10 cm; questo tipo è particolarmente indicato per pavimentazioni stradali;
f)bozze di pietra di pietra squadrate (granito, arenarie dure di 30 x 60 cm e spessore 20 cm) per
pavimentazioni di strade urbane (selciati).
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