04/05/2011

Materiali tradizionali dell’architettura e del risparmio energetico(8cfu)

Docente: Cherubina Modaffari

Lez.14

I Materiali Tradizionali e gli elementi costruttiviCaratteristiche tecniche, impieghi, problematiche tecnologiche.

Lapidei

UNIVERSITA’DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA CdL SCBAACorso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43

DASTECDipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire"Anno Accademico 2010-2011

I MATERIALI LAPIDEII MATERIALI LAPIDEI

Informazioni storicheInsieme all’argilla e al legno, la pietra naturale è uno dei primi materialiUtillizzati 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.

Megaliti a Stonehenge, Inghilterra.

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.

I romani svilupparono la tecnica della volta.

Del I Secolo D.C. è la realizzazione di infrastrutture come l’acquedotto di Pont duGard, alto 50 mt .

Pont du Gard, Provenza, Francia,I sec.D.C.

Ripartizione dei carichi, volta gotica, Cattedrale di Bath, Gran Bretagna, 1499. .

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.

� 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.

� In Italia, nascono facciate che si allontanano dal concetto di parete portante.

Particolare del Palazzo dei Diamanti, Ferrara,1493, Biagio Rossetti

Duomo di S.Maria del Fiore, Firenze, 1296, Arnolfo di Cambio, Filippo Brunelleschi e altri.

Negli anni Venti del secolo scorso, Adolf Loos evidenzial’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.

Sessant’anni dopo, Peter Zumthor sceglie la stessa tecnica costruttiva- anche se ricorrendo alla pietra tagliata-per il fronte delle Terme di Vals.

Casa di abitazione, Frank Lloyd Wright, Mill Run, Stati Uniti, 1937.

Terme di vals, Peter Zumthor, Svizzera , 1995.

Looshaus, Vienna, Austria, 1910, Adolf Loos.

Tra le opere contemporanee emerge la rinnovata importanza attribuita alla superfici e alle qualità sensoriali.

La Winery di Herzog & de Meuron in California è un esempio della teatralizzazione delle qualità superficiali della pietra naturale

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.

La chiesa di San Pio di Franz Fueg a Meggen, in Svizzera, esprime le proprietàdi trasparenza del marmo.

Santuario di Padre Pio, Foggia, 2004, Renzo Piano.

Chiesa di St. Pius a Meggen (Svizzera), di Franz Fueg (1966).

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.

Classificazione

Le rocce utilizzate in edilizia si dividono in:

• Rocce eruttive , originate dalla solidificazione del magma fuso (e si suddividono in tre gruppi);

Rocce intrusiveRocce effusiveRocce 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 proprietàprincipali 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

• Arenaria: appartiene al gruppo delle rocce sediment arie nello specifico ai conglomerati (sedimenti clastici ) composti da granelli di quarzo e legante cementifer o. E’disponibile nei colori: rosso, giallo, marrone e ve rde. Dal legante dipendono la solidità, la capacità di assorb imento idrico e la resistenza al gelo. Per la bassa resist enza all’attrito non è adatta come rivestimento di pavime nti fortemente sollecitati.

• Granito: appartiene al gruppo delle rocce eruttive-intrusive, è composta da feldspato (colore), quarzo(durezza) e mica. Il granito è la roccia più re sistente . E’ disponibile nei colori : rosso,rosa, giallo, grig io, grigio-azzurro.

• Basalto: appartiene al gruppo delle rocce eruttive-magmatiche. Il colore è grigio scuro o nero.Il basal to ha un’elevatissima resistenza alla compressione, è diff icile da lavorare. E’ resistente agli agenti atmosferici. Il basalto “verde” e invecchiato e conosciuto come diabase.

Tipi di rocce

• 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’argillosci sto dispone di una struttura a lamine parallele.Il colore è grig io scuro o nero. L’impiego prevalente è per rivestimenti, piast relle e rivestimenti di copertura

• Calcare: è una roccia sedimentaria chimica formata i n diverse ere geologiche nell’acqua. Il calcare è comp osto da carbonato di calcio e si presenta in tonalità di col ore giallo, grigio, rosso e bianco. Il suo impiego è sconsigliat o in ambienti caratterizzati da umidità elevata.

• Marmo: è una roccia metamorfica (da roccia sedimenta ria). Il marmo puro è bianco. Viene impiegato come rivesti mento di pavimenti o rivestimenti di parete e di facciata .

Estrazione e lavorazione dei materiali lapideiL’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.

Obiettivo dell’estrazione è ottenere blocchi grezzi rettangolari di dimensioni adeguate e produrre la minor quantitàpossibile di “scarto”.

L’estrazione delle rocce provoca cambiamenti distruttivi nel paesaggio, cancella gli strati di copertura.

Cava di pietra

Cava di marmo

Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei

I procedimenti di lavorazione dei blocchi grezzi consistono nell’impiego di :

Seghe diamantate (lastre spesse 2 cm, 8 cm

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 media5) Gradinatura fine6) Scalpellatura fine

Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei

Calcare scalpellatogrossolanamente

Calcare scalpellatoe levigato

Calcare lavorato con scalpello a punta larga

Calcare martellato Calcare martellato, spazzolato e levigato

Calcare lavorato con sega diamantata

Granito martellato Granito bugnato Granito fiammato Granito sabbiato Granito molatoGranito 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:

� - 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)

� Lavorabilità� - 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 porositàapparente 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 di conducibilità termica : in genere è modesto.

� Permeabilità all’acqua : attitudine a lasciarsi attraversare da acqua in pressione.

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 porositàdella pietra.

Uso della pietraL’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 tecniciMurature

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.

RivestimentiI 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

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.

Pavimentazioni

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

Strato di protezione in ardesia

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 di alveoli circolari anche molto profondi.

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.

� La facciata ha proprietà termoregolatrici in virtù de lle grandi masse di pietra, e a causa della sua struttura grossolana “u na penetrabilità”elevata che eventualmente può venire compensata da ulteriori accorgimenti costruttivi come l’esempio della chies a di Mortensrud di Jensen & Skodvin.

Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in pietra naturale

Chiesa di Mortensrud di Jensen & Skodvin, Oslo, 2002.

Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in pietra naturale

� Progetti

Hotel, Berlino, 1996, Josef Paul Kleihues

� La facciata è formata da pannelli prefabbricati ad altezza di interpiano appesi ai solai. Ogni pannello è ottenuto assemblando lastr e di travertino spesse 30mm, disposte con i bordi sovrapposti e fissate co n perni di acciaio basso legato. La struttura dei telai in alluminio sorregg e, oltre al rivestimento in pietra naturale ventilato e a taglio termico, anche i profili delle finestre sempre a taglio termico.

Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in pietra naturale

� Progetti

Edificio per uffici, Berlino, 1996, Jurgen Sawade

� 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.

Riferimenti bibliografici

� Hegger Ausch-Schwelk Fuchs RosenKranz, Atlante dei materiali,Torino 2006, Utet

� 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 , Roma 1988, ed. DEI (in particolare capp. I, II, III)