Pietra

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Versione delle 10:57, 28 lug 2013

Indice 1 Sinonimi, acronimi, traduzioni 1.1 Sinonimi 2 Descrizione 3 Caratteristiche 3.1 Caratteristiche generali 3.2 Esposizione al calore 3.3 Esposizione ai campi elettromagnetici 3.4 Esposizione alle sollecitazioni meccaniche 3.5 Esposizione all'aria 3.6 Esposizione all'acqua 3.7 Esposizione agli acidi 4 Voci correlate 5 Link esterni 6 Note

Sinonimi, acronimi, traduzioni

Sinonimi

Roccia lapidea. Roccia litificata.

Descrizione

Denominazione utilizzata in edilizia per indicare la roccia lapidea, altrimenti detta roccia litificata, sia essa di origine naturale o artificiale.
Da questa categoria vengono di solito esclusi tutti i conglomerati artificiali lavorati in cantiere, come i calcestruzzi e le malte.
Le pietre sono caratterizzate dall'essere un miscuglio di uno o più minerali tra loro coerenti e compatti, aventi proprietà e caratteristiche simili, quali:

• densità e punto di fusione abbastanza elevati;
• buona resistenza a compressione;
• ridotta resistenza a trazione e flessione;
• buona conducibilità termica e calore specifico abbastanza elevato;
• dilatazione termica contenuta;
• grande resistenza alla conduzione di elettricità;
• permeabilità all'acqua ed al vapore molto variabile.

Le pietre naturli più utilizzate in edilizia sono:

Materiale	Varietà commerciale	Immagine
Ardesie	Ardesia grigia
	Ardesia nera italiana
	Ardesia verde
Arenarie	Pietra serena
Argilliti	Caolinite
	Illite
Basalti	Basaltina
Calcari
Dolomie
Gneiss	Pietra di Luserna
Graniti	Granito dorato Valmalenco
	Granito Juparanà Africa
	Granito Kimberly
	Granito serpentino
	Granito verde Spluga
Marmi	Bianco Carrara
	Botticino classico
	Nero Marquina
	Perlato di Sicilia
	Trani
	Verde Guatemala
Porfidi	Porfido giallo Renon
	Porfido grigio
	Porfido marrone del Trentino
	Porfido rosso
	Porfido verde
	Porfido viola della Valcamonica
Travertini	Travertino chiaro
	Travertino Navona
	Travertino romano
	Travertino scuro (noce)
	Travertino toscano
Tufi	Tufo giallo (napoletano)
	Tufo grigio (di Nocera)
	Tufo verde (di Ischia)

I prodotti di natura artificiale sono vari, e le loro proprietà dipendono dai materiali impiegati e dai processi di realizzazione: per il loro utilizzo è quindi necessario accedere ai dati tecnici, solitamente forniti dai produttori.
A seconda delle rispettive caratteristiche, le pietre trovano applicazioni molto varie: dagli impieghi strutturali alle finiture.

Caratteristiche

Le caratteristiche delle pietre naturali hanno dei campi di variabilità anche notevoli; a volte sarà quindi necessario indicare il range dei valori di una particolare proprietà, indicando talvolta tra due parentesi tonde la prestazione che ci si attende da una pietra di prima qualità.
In funzione dei meccanismi che vengono coinvolti, è possibile distinguere le caratteristiche chimiche da quelle fisiche.

Caratteristiche generali

Le pietre si presentano tutte allo stato solido. Sono composte da uno o più minerali allo stato cristallino resi tra loro coerenti a seguito di processi chimici, ma talvolta anche fisici (come nelle argilliti), per cui vengono classificati anche in funzione della loro struttura.
La loro densità varia sensibilmente in quanto ed in media è pari a 2400 kg/m³, quindi mediamente alta.
Anche la durezza varia notevolmente: dalle pietre più tenere (2.5 della scala di Mohs delle argilliti), fino a quelle più dure (7 per alcuni graniti).
Sono materiali quasi sempre insolubili all'acqua e variamente permeabili, ma sono attaccabili dagli acidi, che li disciolgono rapidamente.
La porosità è estremamente varia, non soltanto in funzione della varietà della pietra, ma anche per la medesima categoria. Alcune pietre poi, come le argille, hanno un'elevatissima porosità assoluta, ma una inesistente porosità aperta.
Di seguito sono riportate alcune proprietà generali delle pietre.

Materiale	Genesi	Composizione	Struttura	Densità [kg/m3]	Fusione [°C]	Durezza [Mohs]	Porosità assoluta	Porosità aperta
Ardesie	Metamorfica	Minerali argillosi Quarzo Sericite	Scistosa	2700	1500 1650 1600	3	n.d.	0÷3%
Arenarie	Sedimentaria	Sabbie silicee Minerali argillosi Quarzo	Clastica	1800÷2700	1600 1500 1650	n.d.	0.4÷2.0%	0.4÷1.3%
		Sabbie calcaree Minerali argillosi Quarzo			845 1500 1650
Argilliti	Sedimentaria	Quarzo Feldspati Minerali argillosi	Compatta	2000	1650 1530 1500	2.5	41÷45%	0%
Basalti	Magmatica effusiva	Quarzo Feldspati (plagioclasio) Calcite Olivina	Porfirica compatta	2800	1650 1530 845 1500	8	0.2÷0.9%	0.1÷0.3%
Calcari	Sedimentaria	Calcite	Compatta	1900÷2800	845	3	0.5÷2.0%	0.2÷0.6%
Dolomie	Sedimentaria	Dolomite	Compatta	2700	825	3	0.5÷2.0%	0.2÷0.6%
Gneiss	Metamorfica	Quarzo Feldspati	Scistosa	2500÷2800	1650 1530	6	1.1%	0.8%
Graniti	Magmatica intrusiva	Quarzo Feldspati Plagioclasio	Olocristallina - granitoide	2500÷3000	1650 1530 1530	6÷7	0.4÷1.5%	0.2÷0.5%
Marmi	Metamorfica	Calcite Aragonite Dolomite	Saccaroide	2700	845 825 825	3÷4	n.d.	0.2÷5.0%
Porfidi	Magmatica effusiva	Quarzo Feldspati	Porfirica	2200	1650 1530	4.5	0.4÷1.8%	0.2÷0.7%
Travertini	Sedimentaria	Calcite	Concrezionaria	2450	845	3	n.d.	10÷20%
Tufi	Magmatica effusiva	Sanidino Clinopirosseno	Piroclastica	1500÷2300	1530 1000	<3	n.d.	10÷25%

Esposizione al calore

Le pietre tendono a riscaldarsi ed a raffreddarsi lentamente perché hanno un calore specifico abbastanza elevato (in media di 950 J/Kg K). Questo comporta una dilatazione ed un conseguente accorciamento molto ridotti (il valore medio è di soli 0.0000062 K^-1: per un elemento di un metro riscaldato di 20°C si osserva un allungamento di 0.12 mm).
La capacità di trasmettere il calore è media, con valori di conducibilità termica che vanno da un minimo di 0.63 W/mK del tufo ad un massimo di 4.1 W/mK del granito, con una media di 2.3.
In generale, le pietre sono restano stabili se esposte al calore, anche se non possono essere generalmente classificate come refrattarie.
La gelività delle pietre usate in edilizia è di solito molto contenuta, ed è più elevata nei calcari, che hanno a volte un comportamento incerto, che è funzione della loro porosità aperta (più elevato è tale valore, maggiore sarà il rischio di gelività del materiale).
La seguente tabella riporta alcune proprietà relative all'esposizione al calore.

Materiale	Fusione [°C]	Calore specifico [J/kg K]	Dilatazione termica lineare [K-1]	Conduttività termica [W/mK]	Gelività
Ardesie	1500÷1650	1260	0.0000066	2.0	Non gelivo
Arenarie	1500÷1650	n.d.	0.0000077	1.5
Argilliti	1500÷1650	937	n.d.	0.8
Basalti	845÷1650	1300	0.000009	3.5
Calcari	845	909	0.0000046	per 1900 kg/m3, 1.5 per 2100 kg/m3, 1.6 per 2700 kg/m3, 2.9 per 2800 kg/m3, 3.5	Incerto - Non gelivo
Dolomie	825	n.d.	n.d.	1.8	Non gelivo
Graniti	1530÷1650	880	n.d.	per 2500 kg/m3, 3.2 per 3000 kg/m3, 4.1
Marmi	825÷845	700	0.0000053	3.0
Porfidi	1530÷1650	700	0.0000068	2.9
Travertini	845	909	0.0000052	2.36
Tufi gialli	1000÷1530	700	0.0000043	0.63
Tufi grigi	1000÷1530	700	0.0000043	1.7

In corsivo sono riportati i dati dedotti, e non ricavati direttamente dalla letteratura tecnica.

Esposizione ai campi elettromagnetici

Le pietre sono caratterizzate tutte da un'elevata resistività elettrica, e di conseguenza, da bassissima conduttività, che in media è dell'ordine di 10^-3÷10^-5 Siemens / metro^[1].

Se si esclude la magnetite, tutte le pietre non sono ferromagnetiche, cioè si lasciano attraversare da un campo magnetico in modo del tutto simile al vuoto, senza amplificarne gli effetti (come avviene, ad esempio, con il ferro).

La seguente tabella riporta i valori di conduttività elettrica e il comportamento ai campi magnetici.

Materiale	Conduttività elettrica [S/m]	Comportamento ai campi magnetici
Ardesie	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Arenarie	1.25 x 10-2 ÷ 1.25 x 10-3	Non ferromagnetico
Argilliti	3.3 x 10-1 ÷ 1.0 x 10-2	Non ferromagnetico
Basalti	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Calcari	10-4÷10-5	Non ferromagnetico
Dolomie	10-3÷10-4	Non ferromagnetico
Gneiss	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Graniti	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Marmi	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Porfidi	10-3÷10-5	Non ferromagnetico
Travertini	10-4÷10-5	Non ferromagnetico
Tufi	10-3÷10-5	Non ferromagnetico

Esposizione alle sollecitazioni meccaniche

Le pietre sono caratterizzate da reticoli cristallini discontinui o irregolari, e alle volte anche completamente assenti; questo conferisce loro una resistenza meccanica discreta, ma non elevata. Di solito le rocce sedimentarie sono più deboli di quelle ignee e metamorfiche, e possono presentare dei piani di frattura preferenziali (soprattutto le rocce scistose), e quindi comportamenti disomogenei.
In generale, le rocce litificate sono caratterizzate da:

• isotropia, cioè reagiscono quasi sempre allo stesso modo indifferentemenete dalla direzione di sollecitazione;
• resistenza alla trazione molto inferiore rispetto alla compressione;
• tensione di rottura a compressione media (in media di 110 MPa);
• tensione di rottura a trazione bassa (in media di 13 MPa);
• campo elastico curvilineo, con moduli di elasticità longitudinale a compressione medi (in media 55 GPa);
• comportamento a compressione plastico raddolcente;
• rottura di tipo fragile.

La seguente tavola raccoglie le principali proprietà meccaniche dei diversi materiali^[2].

Materiale	Rottura a compressione	Rottura a trazione per flessione	Rottura a taglio	Modulo di elasticità longitudinale a compressione	Modulo di elasticità trasversale
	σy- [MPa]	σy+ [MPa]	τy- [MPa]	E- [GPa]	G [GPa]
Ardesie	70÷147	57	n.d.	n.d.	n.d.
Arenarie	40÷130 (80)	4÷9 (5.5)	3÷9 (4.5)	5÷30	n.d.
Argilliti	10÷100	2	n.d.	n.d.	n.d.
Basalti	200÷400 (320)	14.5÷24	n.d.	90÷120	n.d.
Calcari	50÷150 (90)	8÷17 (15)	5÷11 (11)	75	n.d.
Dolomie	39÷110 (110)	10÷18 (10)	7÷9.5 (9.5)	40÷70	n.d.
Gneiss	80÷190 (110)	12÷18 (18)	26÷31 (26)	27	n.d.
Graniti	150÷230 (205)	10÷17.5 (15)	3÷19 (9)	43.3	n.d.
Marmi	100÷140 (130)	8÷20 (16.5)	11÷19 (11.5)	60	n.d.
Porfidi	100÷250 (190)	16÷22 (19)	12÷16 (12)	50÷70	n.d.
Travertini	45÷90 (45)	10÷13 (13)	n.d.	65	n.d.
Tufi gialli	3÷7 (7)	n.d.	0.3	3÷15	0.98
Tufi grigi	5÷10 (8)	0.5÷1.5 (0.8)	n.d.	3÷15	0.98

Tra parentesi sono indicati i valori che una pietra di prima scelta dovrebbe rispettare

Esposizione all'aria

La pietra è un materiale che può essere attraversato dall'aria, ed in particolar modo dal vapore acqueo in essa contenuto. Ciò è dovuto alla porosità del materiale stesso, che consente il passaggio delle molecole di H₂O.
La tabella seguente riporta i valori di permeabilità al vapore, assoluta e relativa, per i vari tipi di pietre utilizzate in edilizia^[3].

Materiale	Permeabilità al vapore assoluta	Permeabilità al vapore relativa
	x 10-12 kg/m s Pa	adim
Ardesie	0.193	1000
Arenarie	0.0193	10000
Argilliti	0.0193	10000
Basalti	0.0193	10000
Calcari	per 1900 kg/m3, 6.43 per 2100 kg/m3, 4.83 per 2700 kg/m3, 0.97 per 2800 kg/m3, 0.77	30 40 200 250
Dolomie	0.0193	10000
Graniti	0.0193	10000
Marmi	0.0193	10000
Porfidi	0.0193	10000
Travertini	19.3	10
Tufi	9.65	20

Le pietre, ed i minerali che le costituiscono, restano di solito chimicamente stabili se esposti all'aria, in quanto i principali gas in essa disciolti non si combinano con gli elementi presenti nelle rocce. In particolare, gran parte dei minerali sono degli ossidi, e quindi non possono essere nuovamente ossidati dall'ossigeno, come avviene invece per i materiali metallici, che si corrodono.

Dal punto di vista fisico, le pietre certamente subiscono l'azione meccanica del vento, in misura tanto maggiore quanto minore è la loro durezza, anche se questo fenomeno necessita di tempi molto lunghi. Ben più efficace è l'azione dilavante dell'acqua (→ Esposizione all'acqua), soprattutto se si combina con sostanze acide (→ Esposizione agli acidi).

Per il comportamento ai cicli di caldo e freddo, tipici delle condizioni outdoor, → Esposizione al calore.

Esposizione all'acqua

A causa della porosità, le pietre sono attraversabili dall'acqua, che si insinua nelle parti vuote - tra loro interconnesse. Le rocce litificate quindi non sono perfettamente impermeabili, anche se alcune di esse - le argilliti tra tutte - hanno una conduttività idraulica estremamente ridotta, tanto da potersi considerare non permeabili.
La seguente tabella riporta i valori di conduttività idraulica dei diversi materiali^[4].

Materiale	Conduttività idraulica [cm/s]
Ardesie	2x10-8 ÷ 3x10-12
Arenarie	6x10-4 ÷ 3x10-8
Argilliti	4,7x10-7 ÷ 1x10-9
Basalti	2x10-9 ÷ 4.2x10-5
Calcari	6x10-4 ÷ 1x10-7
Dolomie	6x10-4 ÷ 1x10-7
Graniti	5,2x10-3 ÷ 3,3x10-4
Marmi	2x10-8 ÷ 3x10-12
Porfidi	2x10-8 ÷ 3x10-12
Travertini	6x10-4 ÷ 1x10-7
Tufi	n.d. (elevata)

L'acqua è il principale agente di alterazione della pietra, perché permette di scomporre i minerali in essa contenuti. Se sono disponibili tempi sufficientemente lunghi e la giusta quantità di acqua, tutti i minerali sono in grado di passare completamente in soluzione^[5].
L'azione esercitata è una combinazione di fenomeni fisici e chimici. Il fenomeno fisico consiste nell'azione meccanica che l'acqua compie scorrendo sulla pietra, o con il martellamento (come nel caso della pioggia) o con il ruscellamento (come accade per le acque libere di scorrere su un piano). I fenomeni chimici sono invece legati alla sola azione della molecola d'acqua (idratazione e idrolisi) o alla presenza di altre sostanze (dissociazione e precipitazione, → Esposizione agli acidi). L'effetto finale è quello di un consumo della pietra, che perde materiale levigandosi progressivamente.
Oltre alla durezza, che è indicativa della capacità di una roccia a lasciarsi dilavare, è molto importante la composizione chimica dei minerali presenti: ioni monovalenti (K, Na) e bivalenti (Ca, Fe, Mg) sono più facilmente attaccabili dalle molecole di acqua rispetto a cationi tri- e tetravalenti (Si, Al). La seguente tabella riporta il nome di alcuni minerali, i cationi in essi presenti, la loro valenza e la loro vulnerabilità al dilavamento^[6].

Minerale	Cationi	Valenza	Durezza Mohs	Vulterabilità
Aragonite	Ca	2+	3.5÷4.0	Alta
Argillosi, minerali	Ca Al Si	2+ 3+ 4+	2	Medio-alta
Calcite	Ca	2+	3.0	Alta
Dolomite	Ca Mg	2+ 2+	3.5÷4.0	Alta
Feldspati	K Na Ca Al Si	+ + 2+ 3+ 4+	6.0 ÷ 6.5	Molto alta
Olivina	Fe Mg Si	2+ 2+ 4+	6.5÷7.0	Alta
Plagioclasio	Na Ca Al Si	+ 2+ 3+ 4+	6.0÷6.5	Molto alta
Quarzo	Si	4+	7	Bassa
Sabbie calcaree	Ca	2+	n.d.	Alta
Sabbie silicee	Si	4+	n.d.	Bassa
Zeoliti (Clinopirosseno, Sandino)	K Ca Al Si	+ 2+ 3+ 4+	3.5÷4.0	Molto alta

Esposizione agli acidi

Le rocce sono facilmente attaccate dagli acidi, con i quali reagiscono chimicamente. Perché le reazioni più comuni possano avvenire è sempre necessaria la presenza di acqua: per questo motivo le piogge acide sono il principale agente chimico/fisico che origina la dissoluzione delle pietre.
Solo il quarzo è resistente all'acido solforico; in tutti gli altri casi, i minerali presenti nelle rocce vengono scomposti in sostanze solubili e dilavati via dalle acque. Anche acidi non particolarmente forti, come l'alcol in soluzione acquosa, possono intaccare la superficie delle pietre, rendendole opache; il fenomeno è ancora più visibile se sono state soggette a lucidatura.
Visto il grande impiego di rocce carbonatiche in edilizia - tra tutte, il marmo - particolare attenzione deve essere posta nei processi di solfatazione e dissoluzione originati il primo dall'acido solforico (H₂SO₄), ed il secondo dall'acido carbonico (H₂CO₃).

Nella solfatazione il carbonato di calcio (CaCO₃) si trasforma in solfato di calce idrato (CaSO₄ · 2(H₂O)), liberando nel contempo anidride carbonica. Il solfato di calce idrato è una sostanza solubile, e può essere trasportata via dall'acqua.

Nella dissoluzione del carbonato di calcio, fenomeno conosciuto anche come carsismo, viene prodotto bicarbonato di calcio (Ca(HCO₃)₂), anch'esso solubile e quindi facilmente dilavabile.

In generale, maggiore è la quantità di quarzo o di silicati stabili all'interno della pietra, maggiore è la sua capacità di resistere agli acidi, anche se tutte le rocce sono attaccabili dagli acidi forti (solforico, cloridrico, nitrico tra i più comuni).

(da completare)

Voci correlate

• Arrotatura
• Bocciardatura
• Durezza
• Gelività
• Lucidatura
• Porosità
• Roccia

Link esterni

• Alex Strekeisen
• Catalogo delle rocce d'Italia
• Ponzo marmi

Note

1. ↑ Cfr. questo link.
2. ↑ Cfr. questo link. Informazioni specifiche sulle arenarie possono essere reperite qui.
3. ↑ Cfr. questo sito. Per i materiali non recuperati in letteratura, si utilizza il valore di permeabilità relativa pari a 10000 (cfr. questo link).
4. ↑ Cfr. questo link.
5. ↑ Cfr pag.21.
6. ↑ La tabella è un contributo originale dell'Autore.

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