L'effetto dell'acqua sulla pietra e come prevenirne i danni

Nota importante per gli esperti: Questo è un testo didattico d’archivio, non una specifica attuale, uno standard di prova, un progetto di conservazione o una guida per la selezione, l’installazione e la protezione della pietra. Il tipo di pietra, acqua, sale, gelo, supporto, malta, metodo di lavorazione e rivestimento protettivo devono essere valutati per un oggetto specifico in base alle normative vigenti, alla documentazione del produttore e al parere di esperti appropriati.

Pietra naturale, rivestimenti e lavori di conservazione non fanno parte dell’attuale offerta al pubblico di Savo Kusić. Il focus della produzione odierna è costituito da finestre in legno, finestre in legno-alluminio e porte su misura.

Termini generali

È questione di ingegneri e architetti scegliere la pietra più adatta agli scopi appropriati; nella scelta della pietra per oggetti costruttivi di particolare importanza non bisogna dimenticare che testare il materiale, in collaborazione con geologi e mineralogisti, fornisce un prezioso aiuto.

I geologi dividono le rocce nei seguenti gruppi: rocce ignee, o altre rocce eruttive, con sottogruppi di rocce ignee profonde ed effusive (es. granito, diorite, gabbro, porfido, diabase, basalto), poi rocce sedimentarie o stratificate (es. arenarie, calcari giurassici, conglomerati), ed infine rocce metamorfiche o trasformate (es. gneiss, scisto). Un mineralogista esamina la struttura delle rocce (tipo e forma dei cristalliti, dimensione e trasformazione degli stessi, freschezza, tipo di legante, ecc.). L’ingegnere valuta in base al colore, distribuzione del colore, struttura, metodo di ottenimento, lavorabilità, resistenza agli agenti atmosferici e robustezza.

Struttura e composizione chimica della pietra

La struttura e la composizione della pietra dovrebbero essere prese in considerazione se il materiale deve essere resistente agli agenti atmosferici o se la pietra viene scelta per scopi speciali, come ad es. nell’industria chimica. Cristalliti densamente complessi e ben articolati, di moderata grandezza, sono tra l’altro caratteristica del buon granito; il granito con molta mica scagliosa e feldspato parzialmente decomposto, invece, non è adatto per oggetti da costruzione più importanti. Le arenarie costituite da grani di quarzo di uguali dimensioni, con vuoti che contengono una piccola quantità di legante, consentono l’accesso all’acqua più di una roccia che ha una struttura compatta (cioè una struttura con pochi o nessun vuoto) o una roccia la cui struttura è compattata con l’aiuto di un legante. La composizione del legante nelle arenarie è di grande importanza per la sua resistenza agli influssi chimici che dovrebbero essere previsti nello spazio in cui verrà installata la pietra.

Durezza della pietra

Nella terminologia e nei test di costruzione, esistono diversi tipi di resistenza: resistenza alla compressione, resistenza alla trazione, resistenza al taglio, resistenza alla flessione, ecc. Ai fini della prova di resistenza della pietra, vengono eseguiti carico di compressione (per pietra da costruzione), carico di trazione raro (ovvero resistenza alla trazione), carico di flessione, carico di impatto (per ciottoli) e infine test di usura (sempre per ciottoli, lastre di marciapiedi, scale).

1. Resistenza alla compressione

Per la resistenza alla compressione della pietra - determinata su cubi con una lunghezza del bordo di almeno 4 cm - presso l’Istituto di ricerca di ingegneria civile dell’Università tecnica di Stoccarda, sono stati ottenuti i seguenti valori per campioni di pietra da costruzione:

La tabella seguente mostra valori indicativi per la selezione e la valutazione delle proprietà della pietra naturale. Le norme richiedono, per diversi compiti di costruzione, valori minimi rispetto ai valori di riferimento; ad esempio in precedenza, per le pavimentazioni in pietra delle strade nazionali, la resistenza a compressione doveva essere almeno nella metà superiore dei valori di riferimento e doveva essere almeno 2000 kg/cm2. Per la costruzione, di norma, non è necessario limitare la resistenza della pietra. La resistenza alla compressione della pietra diminuisce significativamente quando la pietra viene lasciata in acqua.

2. Resistenza alla flessione

Testato su prismi di pietra tagliati con sega (test presso lo stesso Istituto della resistenza a compressione); è stato determinato che la resistenza alla flessione è:

Si raccomanda che per il calcestruzzo che deve raggiungere un’elevata resistenza alla flessione, venga utilizzata solo pietra con una resistenza alla flessione di almeno 100 kg/cm2. Per il resto consultare la tabella dei valori guida per la scelta e la valutazione della pietra naturale (sopra).

3. Forza d’impatto

Il test viene eseguito su cubi di lunghezza del bordo 4 cm. Viene misurato il lavoro richiesto per distruggere un cubo di pietra in determinate condizioni. A Stoccarda, tra gli altri, vengono stabiliti i seguenti valori:

4. Resistenza all’usura

Viene testato mediante molatura; a Stoccarda sono stati stabiliti i seguenti valori:

Va qui sottolineato che la resistenza alla compressione e la resistenza all’usura non sono in alcun rapporto regolare; non si può pretendere senza ulteriori indugi che una pietra con buona resistenza alla compressione mostri anche una buona resistenza all’usura. La pietra per le strade in cemento è necessaria, secondo le istruzioni per la costruzione di barriere stradali in cemento, per usurarsi al massimo0,2 cm(10 cm3) SU50 cm2. Inoltre, è necessario determinare l’usura della pietra bagnata con acqua, così come della pietra delle strade in cemento, poiché esistono maggiori differenze di usura. L’esperienza ha dimostrato che in situazioni pratiche in questo modo si ottiene una valutazione migliore rispetto ai consueti test sulla pietra a secco.

Resistenza della pietra agli agenti atmosferici

Per una pietra che sarà esposta alle intemperie occorre testare la sua resistenza al gelo (congelamento), ovvero se rimane senza danni visibili poiché è satura di acqua25congelato più volte e spaventato di nuovo. Se viene installata una pietra contenente umidità naturale, è necessario prestare attenzione; in tal caso è necessario testare la pietra con umidità naturale, e non allo stato saturo d’acqua. Inoltre, dalla pietra per muri esterni, monumenti, ecc. è necessario che la pietra mostri sufficiente resistenza agli agenti atmosferici, cioè che possa resistere a lungo alle sollecitazioni aggiuntive che provengono dall’esposizione al sole, ai cambiamenti causati dalla bagnatura e dall’essiccazione, dovuti alla deposizione dell’aria, all’azione degli agenti atmosferici dall’aria, ecc. Quando si sceglie una pietra, è necessario farsi consigliare da esperti esperti.

Quando si modella la pietra da costruzione, è necessario prestare attenzione a far defluire l’acqua piovana, anche quella proveniente da spruzzi, il più rapidamente possibile in modo che abbia meno possibilità di penetrare nella pietra e nei giunti del muro. Le pietre con scarichi, così come le pietre sbozzate, creano la possibilità di trattenere fuliggine, neve, acqua, ecc. che aumenta gli effetti dannosi molto più che nel caso di superfici lisce. Le superfici lucide sono le meno esposte alla ritenzione di polvere e fuliggine, nonché all’insediamento di organismi vegetali. Pertanto, il metodo di lavorazione influisce sulla durabilità della pietra esposta alle intemperie.

La pietra stratificata deve essere lavorata a strati, cioè gli strati devono essere impilati orizzontalmente, altrimenti l’acqua, e con essa le sostanze aggressive, penetra negli strati deboli e fissili; si possono verificare danni prima che se la pietra fosse maneggiata professionalmente.

Le acque sotterranee possono salire a causa delle forze capillari e della diffusione. Allo stesso tempo, alcuni sali possono attaccare la pietra e la malta. Nella zona di evaporazione dell’acqua di risalita, i sali cristallizzano e creano pressioni interne che portano alla distruzione. Anche qui si tratta di impedire all’acqua di penetrare nella pietra, cosa che in questo caso si ottiene realizzando un isolamento dal terreno.

In termini di durabilità dei muri, si discute molto sulla scelta della malta per la costruzione dei muri in pietra naturale. Se il muro non sarà esposto alle intemperie e rimarrà asciutto, la scelta della malta potrà essere fatta esclusivamente in base alla sua lavorabilità, resistenza ed aspetto estetico. Per quanto riguarda i muri esterni, si tiene conto che l’acqua piovana che entra nel muro assorbe gli ingredienti della malta e, quando il muro si asciuga, li porta in superficie e lì li deposita. Ad esempio, se un muro di arenaria porosa è diviso da giunti impermeabili, l’acqua accumula sali sopra i giunti portando ad un aumento dello stress nella pietra.

La pietra, come tutti gli altri materiali, subisce variazioni di volume maggiori o minori a causa delle variazioni di temperatura, che sono, ad esempio, nel calcare, molto minori che nella pietra quarzite. In condizioni normali, queste variazioni di volume sono di secondaria importanza se vengono prese in considerazione quando si utilizza la pietra. Possono sorgere problemi sui cornicioni sotto i tetti, sulle solette di rivestimento dei ponti in muratura, ecc. Per gli elementi costruttivi esposti a temperature estremamente elevate, si consiglia di scegliere una pietra che mostri un’espansione piccola e graduale ad una temperatura di 500-1000oC, come ad es. scorie grumose o argilla sinterizzata.

Prevenzione dei danni da calcoli

Oggi esistono vari materiali protettivi (vernici, rivestimenti) che proteggono la pietra, sia lucida che ruvida, dalle intemperie e da altri agenti atmosferici. I rivestimenti sono a base di silicone, cera o altri tipi di materiali che creano una barriera tra la pietra e l’ambiente. La regolare pulizia della pietra evita l’accumulo nel tempo di polvere e sporco che possono intaccare negativamente anche la pietra stessa. L’inserimento di superfici in pietra nella zona coperta riduce la possibilità che l’acqua raggiunga la stessa. Fondamentalmente, la cosa più importante è consultare gli esperti e scegliere la pietra giusta per prevenire eventuali danni nel modo più efficace possibile.

Nota applicativa: I valori storici, le procedure di test e le raccomandazioni sui rivestimenti non sostituiscono gli standard attuali, i test di laboratorio, la superficie di prova, il controllo della compatibilità dei materiali e il piano di manutenzione della struttura.