Geopolimeri dalla paglia

I 
 
ABSTRACT 
L'uso della paglia in architettura ha origini millenarie; le abitazioni con elementi in paglia sono la prima ricerca da parte dell'uomo di usare la natura per 
fare architettura. 
In questa tesi il concetto della costruzione in paglia viene rivisitato; la paglia non è vista solo come elemento strutturale e fibroso, ma come possibile 
componente del legante, attraverso una possibile proposta per il futuro uso in architettura di elementi modulari. 
L'approfondimento sperimentale, nasce dalla mia curiosità sulla "Paglia” e dalla volontà del relatore, Jean-Marc Tulliani, di indirizzare la ricerca verso 
lo sviluppo di nuovi leganti geopolimerici, scoperti negli anni '80 da J. Davidovits, ad oggi in fase di approfondimento da parte di un alto numero di 
centri di ricerca in tutto il mondo, come il Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT) al Politecnico di Torino. 
Il tema principale è la verifica e lo studio delle proprietà del legante geopolimerico, essendo note le eccellenti caratteristiche sia di resistenza meccanica 
sia di resistenza al fuoco, sia alla capacità di impiegare energie di produzione minori rispetto ai leganti cementizi, introducendo la paglia sia come 
rinforzo, sia come cenere per realizzare il legante che è completamente di origine naturale e quindi sostenibile per l'ambiente ed economicamente. 
La trattazione non si slega dall'indirizzo di laurea, seppur in modesta parte è allegata una piccola ricerca progettuale, per chiarire in ambito progettuale 
l'eventuale applicazione attraverso la progettazione di un elemento modulare (pannello, blocco, mattonella, tegola) e i relativi nodi.
1 
1 Introduzione 
In architettura la ricerca di nuovi materiali alternativi di progettazione, che 
mirano al “riuso” di prodotti destinati a scarto, è alla base dello studio che 
ha lo scopo di diminuire l’impatto ambientale.   
LA FINALITÀ DELLA TESI 
La tesi riguarda la progettazione e lo sviluppo di un elemento per l’edilizia, 
che abbia come base la paglia ed il legante sia prodotto da paglia, in modo 
da ottenere un manufatto che mantenga una energia di fabbricazione 
contenuta rispetto ad altre tipologie di materiali attualmente in commercio. 
L’idea successiva è stata di proporre una forma, un uso attraverso una 
proposta architettonica abitativa. 
PERCHÉ LA PAGLIA 
L’uso della paglia (Figura 1-1) è visto come elemento di progettazione, per 
studiare il comportamento del materiale e cercare di migliorarne alcune 
caratteristiche come la resistenza al fuoco e la resistenza agli ambienti 
umidi. 
L’intento è di proporre non solo l’aspetto sperimentale ma anche 
abbozzarne un utilizzo nella progettazione architettonica. Permetterà di 
rivalutare sotto nuovi aspetti il concetto classico della progettazione ad alti 
standard qualitativi, integrando anche concetti di sostenibilità e d’impatto 
dei materiali per l’ambiente e gli ecosistemi. 
 
Figura 1-1 Paglia (Foto personale)
2 
La paglia è un modello da riproporre come ricerca di distinzione, come 
capacità di progettare con un materiale che in origine è già stato oggetto 
dell’architettura…  Il suo uso può quindi essere considerato come una 
possibile sfida per il futuro della progettazione architettonica, data la 
vastità della produzione, l’ampia disponibilità (anche se è legata alla 
ciclicità della produzione agricola), la bassa energia richiesta per la 
produzione e per la lavorazione successiva. 
Questo materiale si possa considerare capace di poter essere sensibile di 
ingegnerizzazione: prima si è costruito molto con il cemento, dopo con il 
legno, ora…con la paglia. 
IL GEOPOLIMERO 
E’ il legante che ha la possibilità di essere prodotto e lavorato con più bassa 
energia necessaria rispetto al cemento Portland.  
Ha qualità di robustezza, capacità di inglobare fibre naturali, ma anche 
acciaio, vetro e di unire il marmo al cemento in modo indissolubile.[13] 
Ha capacità intumescenti data la natura inorganica; resiste molto bene agli 
ambienti acidi ed ha carattere di resistenza meccanica più o meno spiccata 
in funzione della caratteristica ambientale a cui viene sottoposto durante il 
periodo di stagionatura, che va da un minimo di 3h a 28 gg. 
 e alle materie prime da cui viene prodotto 
Il legante geopolimerico può per sua natura essere legato ad altri elementi 
che ne amplificano o ne possono ridurre alcune caratteristiche oltre a poter 
essere congiunto a stuoie o a sole fibre. 
È’ un materiale che può essere armato per creare travi, pilastri od altri 
elementi strutturali. 
Può essere utilizzato per contenere rifiuti speciali o resistere ad alte 
temperature, data la forte stabilità chimica. 
IL LEGANTE GEOPOLIMERICO DI PAGLIA 
E’ un’ipotesi, nel corso delle sperimentazioni trova conferma sia come 
proposta nell’utilizzo architettonico sia come possibile uso della paglia.
3 
LA SOSTENIBILITÀ. 
La paglia è da considerarsi un elemento sostenibile per i seguenti motivi: 
 Bassa energia di produzione della paglia. 
 Trasformazione di un materiale considerato di scarto che ha il 
potenziale di produrre calore, di rinforzare, di essere inattaccabile 
dal tempo. 
 Riduzione nello sfruttamento delle materie prime. 
  Annualità del ciclo produttivo, in grado di essere nuovamente 
disponibile. 
 Bassa energia per la produzione del geopolimero. 
 Uso di materiali primi che si possono trovare in tutto il mondo. 
  Flessibilità progettuale e versatilità tecnologica nella produzione.  
  Uso più attento delle materie che potranno essere considerate come 
scarti. 
 Il “pensare” un modo nuovo di progettare considerando anche la 
possibile alternativa nel riuso di materiali.
I primi cereali sono stati addomesticati  8.000 anni fa dalle prime comunità 
agricole nella Mezzaluna Fertile. 
Quinoa (Chenopodium 
quinoa)
Coltivato da millenni sugli alti 
piani delle Ande, ricco di Sali 
minerali, proteine, grassi ed 
essendo provo di glutine ma 
ricco di amminoacidi essenziali, 
lo rende particolarmente 
indicato per diete prive di carne.
Commercializzato sia come 
chicchi (minestre e d’insalate) sia 
come farine (polpette e dolci).
Miglio (Pennisetum glaucum)
Originario dell’Asia, ma noto sin dal 
Neolitico per l’ottima resistenza alla 
siccità, si è diuso in Africa e nelle zone 
aride. Ricco di proteine, Sali minerali, 
bre è venduto sia come chicchi 
decorticati sia come farine (cuscus).
Grano saraceno (Fagopyrum 
esculentum)
Originario del sud-est asiatico, è 
coltivato in climi rigidi od in alta 
montagna, ha alte caratteristiche 
energetiche, ricco di sali minerali, 
proteine, vitamine, ma privo di glutine. 
Viene venduto sia sotto come chicchi 
(zuppe, birre, infusi) sia come farina per 
realizzare crepé e pasta.
Farro  (Triticum dicoccoides)
Utilizzato n da tempi antichi per l’alto 
contenuto di proteine, sali minerali, 
bre. In commercio si trova sotto forma 
di farine (pasta e pane), in chicchi 
(zuppe e minestre) sia sotto forma di 
chicchi (decorticato o perlato).
Avena (Avena sativa)
Coltivata nei paesi del nord Europa, 
originaria  dell’asia minore, è usata 
principalmente come mangime per gli 
animali, oggi è utilizzata in 
gastronomia  per la ricchezza di sali 
minerali, bre e proteine; rispetto agli 
altri cereali contiene anche una 
discreta quantità di lipidi. È venduta 
sotto forma di chicchi(minestre), 
occhi (muesli) o farina (porridge).
Amaranto (Amaranthus 
caudatus)
Originario dell’America 
centrale, ricco di proteine e 
bre ma privo di glutine. 
È commercializzato sotto 
forma di chicchi(minestre) o di 
farina per realizzare prodotti 
da forno mescolata con farine 
ricche di glutine per 
aumentarne la lievitabilità.
Segale (Secale cereale)
È il cereale coltivato dall’uomo n dai 
tempi più antichi, originaria della 
Turchia, si è poi diusa dall’asia minore 
all’europa. imparentata con l’orzo e il 
grano, dierisce da essi per il ridotto 
contenuto calorico ma è ricca di bre. 
Utilizzata sotto forma di farina per 
prodotti da forno, meno frequente è 
l’uso dei semi per la preparazione di 
minestre ma dalla loro fermentazionesi 
ottiene la Roggenbier.
Tritticale
E un incrocio tra il frumento e la segale, 
sviluppato in Scozia nell‘800, oggi è  
stato riconsiderato per il grande 
apporto di bre.
Orzo (Hordeum vulgare)
Originario dell’oriente, noto n 
dal Neolitico, oggi diuso in 
tutto il mondo per l’alto 
contenuto di vitamina B, 
vitamina E e acido folico.
Viene utilizzato per la 
preparazione di zuppe e 
minestre o  per la fabbricazione 
di birre e whisky o come 
surrogato del caè.
Grano (Triticum aestivum )
Originario della mezza luna 
fertile, si è diuso in tutto il 
mondo.
Si suddivide in : grano duro dal 
qaule si ricava la semola per la 
pastae in grano tenero, 
utilizzato sotto forma di farina 
per  pane, pizza, biscotti e 
paste fresche.
Mais (Zea mays)
Originario dell’America, ne essitono 
molteplici varietà, dal mais biondo al 
mais nero. 
Non posside caratteristiche nutrizionali 
eccellenti, ma è ricco di bre e viene 
commercializzato sia sotto forma di 
farine (polenta), sia sotto forma di 
granella (popcorn).
Riso (Oryza sativa)
Originario del medio oriente, è 
fortemente diuso in tutto il mondo. 
Trova applicazione in gastronomia sia 
sotto forma di farine (pasta e dolci) sia 
sotto forma di granela (minetre e risotti). 
Non contiene glutine.
5 
2 La paglia 
È’ nota all’uomo ancor prima che divenisse agricoltore stanziale, veniva 
utilizzata per costruire coperture e tamponamenti per le abitazioni e 
successivamente utilizzata per oggetti di utilizzo quotidiano. 
IL FIENO E LA PAGLIA 
 La paglia è un prodotto residuale della produzione agricola nella 
coltivazione cerealicola. È’ costituita dai culmi dei cereali alla fine 
della maturazione della pianta. 
 Per fieno invece si intende l'erba essiccata in modo specifico, raccolta 
e immagazzinata per alimentare determinati animali, in particolare 
bovini, equini, caprini e ovini. 
IL CEREALE E LA PRODUZIONE 
I principali cereali a paglia sono: frumento, orzo, avena, riso, sorgo, 
triticale, grano saraceno, fonio, quinoa, miglio, segale e farro. 
  
 
Figura 2-1 : Produzione mondiale cerealicola nel 2012 
Posizione Prodotto Diffusione 
1° Mais 30,88% 
2° Riso 25,36% 
3° Grano 23,82% 
4° Orzo 11,72% 
5° Soia 4,67% 
6° Sorgo 2,05% 
7° Girasole 1,31% 
8° Cereali minori 0,19% 
   
Tabella 2-1 : Diffusione mondiale di varietà cerealicole (FAO)
6 
La paglia è uno dei sotto prodotti più rappresentativi sia dal punto di vista 
quantitativo che da quello della diffusione anche sul territorio nazionale. 
La produzione più elevata spetta alla paglia di frumento, seguita da quella 
di riso, orzo, avena e segale. 
Normalmente la paglia, se viene raccolta, viene compressa e imballata da 
appositi macchinari in ballette prismatiche (parallelepipedi lunghi circa 
35x35/45x50/90-120 cm) con densità tra 80 e 120 kg/m
3
 ma è possibile 
arrivare a valori prossimi ai 180-200 kg/m
3
; dal peso massimo compreso 
tra i 16 e i 30 kg, od in rotoballe cilindriche (con diametro variabile dai 120 
ai 200 cm), con densità di compressione da circa 90 kg/m
3
 a 180 kg/m
3
, 
con un peso minimo di 120 kg ed un peso massimo di 1100 kg.[11] 
L’uso della paglia compressa per la costruzione di case fu di forte successo 
nel periodo 1915-1930 soprattutto in Francia. 
 
 
Figura 2-2 : Ballette prismatiche (fonte personale) 
  
Figura 2-3 : Rotoballe cilindriche (fonte personale)
7 
Le tecniche si diversificarono fino a diventare vere e proprie tipologie 
costruttive e fonti di ricerca; in seguito se ne definirono le potenzialità in 
ambito sismico, la si sperimentò legata a nuovi materiali come il cemento, 
o come isolante per la produzione di pannelli di paglia pressata. 
LO SCARTO: PAGLIA 
La paglia ammonta a circa la metà della biomassa aerea di un raccolto di 
orzo, avena, riso, segale o frumento.  
Coltura Varietà Rapporto 
Mais Zea mais 1.1/1.22 
Riso Oryza sativa 0.8 
Frumento 
Duro:Triticum durume 
1/1.1 
Tenero:Triticum aestivum 
Orzo Hordeum vulgare 1.2 /1.36 
Avena Avena sativa 0.38/0.42 
Sorgo Sorghum vulgare 1.2 
Segale Secale cereale 1.3 
Tabella 2-2: Tabella con le principali rese paglia-granella/ettaro (t/ha) e 
varietà diffuse (rielaborazione personale) 
  
 Spesso la paglia oggi non viene raccolta, quando non risulta conveniente 
economicamente.  
In questo caso viene interrata con le lavorazioni di preparazione del terreno 
per la successiva coltura, contribuendo ad aumentare la sostanza organica 
del terreno. 
 
Figura 2-4 : Destinazioni d’uso della paglia (rielabirazione personale) 
Circa il 50% della produzione nazionale rimane sul campo dove viene 
interrata o bruciata per migliorare la fertilità del terreno, il 6% viene 
assorbito dall’industria cartiera per la produzione di “carta paglia” e 
cellulosa; il 35% viene utilizzato per fini zootecnici, come lettiera o come 
In campo
50%
Ind. cartiera
6%
Zootecnica
35%
Lav. artiginali
9%
8 
componente di diete alimentari, altre destinazioni sono la pacciamatura e 
l’industria micologica. Una piccola parte viene utilizzata per manufatti, in 
produzioni tipiche artigianali come la lavorazione della paglia per trecce e 
per cappelli che ha le sue origini in Toscana.   
La raccolta si fa quando la paglia comincia a biondeggiare.  
Il periodo adatto per la semina va da novembre ai primi di febbraio.  
Coltivazione Periodo di raccolta 
Frumento tenero Giugno – Luglio 
Frumento duro Giugno – Agosto 
Orzo Luglio – Agosto 
Avena Luglio – Agosto 
Sorgo Luglio – Agosto 
Mais Ottobre – Novembre 
Riso Ottobre – Novembre 
Tabella 2-3 : Periodo di raccolta delle varie cereali 
LA COMPOSIZIONE CHIMICA 
La paglia è composta da cellulosa, lignina, cere, minerali, silicati, in 
percentuali variabili a seconda della tipologia di cereale e di coltivazione 
(Tabella 2-4).  
Componente Incidenza 
Cellulosa 21% 
Emicellulosa 39% 
Lignina 15% 
Proteine 0.8% 
Ceneri 5% 
U.R. <15% 
Tabella 2-4: Composizione ed umidità della paglia 
Le conferiscono: 
 Resistenza a compressione di 0,124 – 1,792 N/mm
2
; 
 Resistenza a trazione di 0,5 N/mm
2
; 
 Potere calorifero inferiore a 30 kWh/m
3
; 
 Conducibilità termica compresa tra 0,0456 – 0,1 W/mK.