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I materiali locali nella tradizione costruttiva dell'Italia meridionale

Laterizi: struttura e produzione

I materiali ceramici tradizionali sono ottenuti per cottura di minerali argillosi che contengono sostanze inerti e fondenti; vengono classificati in base alla microstruttura (definita attraverso la porosità), al colore del supporto e al rivestimento superficiale. Si dividono in prodotti “a pasta porosa”, costituiti da grani separati da un gran numero di pori e interstizi, e prodotti “a pasta compatta”, nei quali le particelle sono saldate tra loro in seguito alla parziale fusione subita durante la cottura. La porosità di un prodotto ceramico è fondamentale nel determinare le caratteristiche meccaniche e il comportamento nelle condizioni operative e ambientali.

Ad esempio, a una maggiore porosità corrisponde un peggioramento della resistenza meccanica e al gelo, ma anche un miglioramento delle caratteristiche di isolamento termico. Spesso la porosità viene valutata attraverso l’assorbimento d’acqua; convenzionalmente si definiscono a pasta porosa i prodotti che hanno un assorbimento d’acqua superiore al 5%.

I laterizi sono prodotti ceramici a pasta porosa, caratterizzati da forma regolare e da dimensioni e peso tali che ne consentono un’agevole posa manuale. Sono materiali da costruzione di vasto uso, impiegati per la realizzazione di murature, solai, coperture e rivestimenti. Per la loro fabbricazione può essere impiegata qualsiasi argilla, purché sia sufficientemente plastica da permettere la formatura e, dopo cottura, consenta di ottenere un prodotto a pasta porosa con adeguata resistenza meccanica e stabilità agli agenti atmosferici.
Con il nome argilla si indica una famiglia di rocce sedimentarie molto eterogenee, in cui i minerali delle argille assolvono l’importante funzione plastificante, mentre gli altri componenti hanno funzione smagrante e fondente. Le argille sono costituite prevalentemente da silicati idrati di alluminio con struttura reticolare stratificata, la cui formula generale è: xAl2O3∙ySiO2∙zH2O. Oltre ai silicati idrati, nelle argille sono presenti anche ossidi idrati, quali: la silice idrata (SiO2∙nH2O), l’allumina idrata (Al2O3∙nH2O), l’ossido ferrico idrato (Fe2O3∙nH2O). I silicati idrati di alluminio e, in parte, gli ossidi idrati sono responsabili della plasticità degli impasti argillosi, cioè della loro attitudine ad essere modellati.
Si ha inoltre una parte inerte, costituita principalmente da: silice cristallina (quarzi, quarziti e sabbie silicee), feldspati (silico alluminati potassici) e carbonato di calcio (calcare).

Questi costituenti esercitano due importanti funzioni:
• Funzione smagrante ad opera delle sabbie silicee che, avendo particelle di dimensioni notevolmente maggiori dei silicati idrati di alluminio, consentono di regolare il ritiro durante l’essiccamento e la cottura favorendo inoltre la stabilità del crudo dopo la formatura;
• Funzione fondente del carbonato di calcio. Durante la cottura dei materiali ceramici, è necessario che si formi una fase liquida; questa, in seguito al raffreddamento, solidifica formando un vetro compatto che lega i grani del materiale e riempie i pori tra loro. Il carbonato di calcio porta alla formazione di una fase liquida a 950-1000°C ed è utilizzato come fondente per i prodotti porosi ottenuti a bassa temperatura.

Le argille vengono in genere suddivise in grasse, cioè con prevalenza di costituenti argillosi, o magre, con prevalenza di costituenti inerti. Nel caso in cui l’argilla sia troppo grassa, è necessario aggiungere sostanze smagranti. Per i laterizi si usa la sabbia silicea oppure cocci di laterizio polverizzati (cocciopesto).
La caratteristica principale dell’argilla è la plasticità, intesa come capacità di deformarsi sotto l’azione di una pressione esterna e di conservare la forma conseguita anche dopo la rimozione di tale azione meccanica. La plasticità viene acquisita in presenza di acqua in proporzioni opportune e viene perduta dopo l’essiccazione. La quantità d’acqua necessaria per conferire plasticità a un’argilla dipende principalmente dalla sua struttura mineralogica e dalla granulometria; infatti, le minute particelle dei silicati idrati devono essere circondate da un velo d’acqua sufficientemente spesso per formare un rivestimento viscoso, in grado di consentire il loro movimento reciproco. Inoltre, l’acqua aderisce alla superficie dei cristalli permettendo di conservare, anche dopo la rimozione della sollecitazione esterna, la forma impartita al prodotto. La plasticità aumenta all’aumentare del tenore d’acqua finché l’impasto diviene fluido. A una maggiore plasticità corrisponde una più semplice sagomatura dei prodotti, però aumenta anche il ritiro durante l’essiccamento (dovuto all’allontanamento del velo d’acqua che si trova fra le particelle); quest’ultimo, se eccessivo, può dar luogo a deformazioni e tensioni di trazione in grado di compromettere l’integrità dei prodotti. La plasticità viene gradualmente perduta durante l’essiccamento, a seguito dell’allontanamento dell’acqua d’impasto. Durante la cottura, poi, la perdita di plasticità tende ad essere sempre meno recuperabile, finché viene perduta completamente a circa 600-700°C, quando si ha la decomposizione dei silicati idrati.

Per la produzione di laterizi si utilizzano argille impure, contenenti:
• Quarzo, con funzione smagrante;
• Carbonato di calcio, con funzione fondente. Non deve essere però essere presente in percentuali eccessive (> 20%) e deve essere finemente suddiviso e ripartito sulla massa perché, in caso contrario, può formarsi dell’ossido di calcio (CaO) che idratandosi può portare alla disgregazione del materiale;
• Solfati, che possono essere presenti nell’argilla e rimanere inalterati durante la cottura; possono quindi restare come sali solubili nei pori del laterizio e generare efflorescenza sui prodotti in opera ed inoltre possono cristallizzare a contatto con l’acqua producendo sali idrati con effetti espansivi all’interno della massa del materiale;
• Ossido di ferro, che conferisce il tipico colore rosso ai laterizi dopo la cottura; l’eventuale ossido di calcio presente nell’argilla, tuttavia, tende ad attenuare la colorazione del prodotto cotto.

Il ciclo tecnologico di produzione dei laterizi può essere riassunto dalle seguenti fasi:
• Estrazione di materie prime. Per la preparazione dei ceramici tradizionali le materie prime sono costituite da minerali argillosi miscelati con polveri non argillose (quarzo, carbonato di calcio o feldspati).
• Preparazione dell’impasto. Le materie prime prelevate dalla cava vengono macinate, miscelate e l’impasto così ottenuto viene omogeneizzato. La macinazione può avvenire a secco oppure a umido; i prodotti macinati vengono setacciati e immagazzinati in sili in funzione della granulometria. Successivamente sono miscelati a secco, in pasta oppure a umido, secondo opportuni rapporti in peso o in volume. Il processo a secco è applicato ai prodotti ottenuti da un’unica materia prima, mentre il processo a umido viene applicato ai prodotti ottenuti da impasti artificiali, in quanto consente la migliore omogeneizzazione delle diverse frazioni. Per i laterizi spesso si utilizza un metodo di omogeneizzazione allo stato pastoso, cioè con umidità intermedia tra quella dei processi a secco e a umido.
• Formatura. Mediante la formatura si conferisce all’impasto la forma del prodotto desiderato con l’applicazione di una pressione sufficiente a deformarlo plasticamente e stabilmente. Dopo la formatura, il crudo deve essere sufficientemente resistente per sopportare il peso proprio e le sollecitazioni durante la movimentazione. Per i laterizi si utilizza il sistema di formatura a estrusione, che richiede una pasta sufficientemente plastica con un grado di umidità variabile tra il 15% e il 20%. L’impasto passa attraverso una matrice con il profilo prestabilito; i prodotti vengono poi tagliati alla lunghezza prefissata.
• Essiccamento. L’acqua contenuta nel crudo deve essere rimossa prima della cottura mediante un delicato processo di essiccamento, con il quale si rimuove l’acqua che forma un velo attorno alle particelle di argilla conferendo plasticità al materiale. Durante questo processo si ha una contrazione di volume dovuta a un riavvicinamento delle particelle con un aumento delle forze reciproche d’attrazione e, quindi, della resistenza meccanica del manufatto. L’essiccamento artificiale inizia in un ambiente molto umido dove il prodotto viene riscaldato senza perdita di acqua, favorendo il flusso dell’acqua dall’interno verso la superficie; in seguito viene gradualmente diminuita l’umidità e aumentata la temperatura, senza superare i 120°C. Successivamente, anche l’acqua contenuta nei pori interni alle particelle di argilla viene allontanata, ma questo processo non è associato ad alcuna contrazione della pasta. L’essiccamento prosegue finché l’umidità del manufatto non è inferiore a 1%.
• Cottura. Attraverso la cottura, gli impasti essiccati acquistano le proprietà fisico-meccaniche, le dimensioni e l’aspetto definitivi. La cottura dei laterizi, con temperatura variabile tra 900°C e 1000°C, deve essere omogenea e tale da realizzare un materiale con porosità adeguata. Durante la cottura avviene la disgregazione dell’argilla che libera i suoi ossidi, ovvero silice (SiO2) e allumina (Al2O3). Al di sopra dei 900°C si ha la decarbonatazione del calcare e comincia la formazione di un composto tra allumina e silice detto “mullite” (3Al2O3∙2SiO2); in questa fase si ha inoltre la graduale formazione di una fase liquida che riempie i vuoti tra le particelle. I mattoni poco cotti presentano un’elevata porosità che influisce negativamente sulle loro proprietà meccaniche e di resistenza al gelo. D’altra parte, la porosità troppo bassa dei mattoni troppo cotti, pur aumentando la resistenza meccanica, diminuisce l’adesione della malta ai laterizi.

Le caratteristiche da cui dipendono le prestazioni dei laterizi, sono le seguenti:
• Fisiche: massa volumica, imbibizione, impermeabilità, conducibilità termica, porosità;
• Meccaniche: resistenza a compressione, resistenza a trazione, resistenza a flessione, resistenza all’urto e resistenza all’usura;
• Tecnologiche: comportamento al fuoco, isolamento termico, isolamento acustico, resistenza al gelo.

La conducibilità termica risente dell’influenza di altre caratteristiche fisiche, in particolare diminuisce proporzionalmente con il peso specifico e con il tenore di umidità, pertanto diminuisce all’aumentare della porosità. Ancora, il peso specifico varia in funzione del contenuto di umidità.
Le caratteristiche meccaniche dei laterizi hanno un’importanza rilevante, soprattutto se impiegati per strutture portanti (murature e solai). Nei laterizi è ottima la resistenza a compressione, mentre sono scarse la resistenza a trazione e quella a flessione; esse presentano valori differenti, a seconda che si tratti di elementi pieni o forati (Tabella 3.19). La resistenza a compressione degli elementi forati può essere determinata in direzione dei fori o perpendicolare ad essi. Per questi laterizi vengono anche considerate la resistenza a trazione e la resistenza a flessione. Per i laterizi da copertura e da pavimentazione vengono inoltre considerate la resistenza all’urto e la resistenza all’usura.

I laterizi hanno un ottimo comportamento nei confronti del fuoco. I mattoni pieni resistono a temperature molto elevate (circa 1100 °C). I mattoni forati sono invece meno resistenti alle alte temperature, a causa della presenza dei vuoti. Per la resistenza al gelo, indispensabile per murature esterne a “faccia vista”, sono fattori determinanti la porosità (il diametro ammissibile dei pori è minore di 1,8 mm), la permeabilità all’acqua, ed il contenuto di carbonati e di quarzo in quanto, durante la cottura, essi tendono a fondere la massa contribuendo a rendere più compatto l’impasto. Per quanto riguarda l’isolamento termico e acustico, per ottenere vantaggi sono determinanti la porosità dell’elemento tecnico, la soluzione tecnica adottata, la corretta esecuzione dei giunti e la conducibilità termica dell’elemento tecnico.

I laterizi per murature sono sottoposti ad una serie di prove previste per l’accettazione, quali l’esame dell’aspetto, delle dimensioni e dell’uniformità. Tra i principali requisiti sono particolarmente importanti la resistenza meccanica (soprattutto a compressione), l’aderenza alle malte, l’assorbimento d’acqua, la resistenza all’efflorescenza e il rischio di gelività.

Questo brano è tratto dalla tesi:

I materiali locali nella tradizione costruttiva dell'Italia meridionale

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Informazioni tesi

  Autore: Crescenzo De Simone
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2017-18
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria edile
  Relatore: Domenico Caputo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 157

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