Introduzione alla petrologia - Antonio.licciulli.unile.it

Scienza e ingegneria dei materiali
Introduzione alla
petrologia
Antonio Licciulli
1

Anatomia della terra l La crosta terrestre
si estende fino a
5-40Km (Temp
ambiente fino a
375°C)
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l Un improvviso
aumento di densità
(2,9-3,3) segna la
separazione tra
crosta e mantello
(T da 375 fino a
800°C-1200°C)
l Il mantello è rigido
fino a 60-100Km. La
parte rigida del
mantello insieme
alla crosta formano
la litosfera
suddivisa in placche
2

I fossili
l La fossilizzazione è l'insieme
dei processi biologici ed
ambientali che modificano i
resti degli esseri viventi,
impedendo il loro disfacimento
l Tipi di fossilizzazione:
mineralizzazione,
carbonizzazione, inglobamento
in ambra fossile,
sedimentazione,
mummificazione,
crioconservazione
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I fossili guida
l I fossili guida sono dei fossili usati
per la datazione relativa delle
rocce.
l Si tratta di resti di organismi che
soddisfano precisi requisiti:
l avevano ampia distribuzione
geografica,
l una relativa ampia abbondanza di
popolazioni
l hanno avuto un'evoluzione rapida
permettendo di raggiungere
un'elevata precisione nella datazione.
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Unità Geocronologiche
l "Corrispondenza empirica" in Anni
Eone miliardi di anni
Era centinaia di milioni di anni
Periodo decine di milioni di anni
Epoca milioni di anni
Età migliaia di anni
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Linee temporali grafiche
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I tempi geologici in Italia
Anni fa
18 miliardi Big bang nascita dell’universo
4,6 miliardi Formazione del sistema solare
3,5 miliardi Crosta terrestre consolidata, compaiono le prime forme di vita
400 milioni Le terre emerse si uniscono formando un unico continente Pangea
circondato dall’oceano (Panthalassa)
200 milioni Pangea inizia a frammentarsi nei blocchi continentali. Si forma la Tetide
sui cui fondali iniziano a depositarsi i sedimenti che diventeranno le
rocce calcaree e calcaree dolomitiche
130 milioni Sul fondo della tetide si aprono spaccature da cui fuoriesce il magma
che origina le rocce ofiolitiche
70 milioni Lo spostamento del blocco africano verso quello europeo origina il
sollevamento della catena alpina
20 milioni Il sollevamento continua e nasce la catena appenninica
10 milioni Sabbie e argille si depositano come sedimenti sui margini sommersi
della catena appenninica
7 milioni Emergono gli strati sedimentari nel Sud Italia
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La struttura della litosfera
l Litosfera oceanica (Sima) l Litosfera continentale (Sial)
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Orogenesi
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I minerali
Un minerale di origine geologica si
definisce come sostanza inorganica
naturale composta da uno o più
elementi:
l Generalmente i minerali sono cristallini
ma possono anche essere amorfi
(opale)
l Hanno composizione chimica costante
ma in alcuni casi (olivina pirosseni) la
composizione varia lasciando invariata
la struttura cristallina
l L’ossigeno e il silicio sono gli elementi
dominanti
l Accanto ai silicati e agli ossidi si trovano
solfuri carbonati e elementi (Cu, Au)
Ametista
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Identificazione dei minerali
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I minerali si identificano e classificano secondo
alcune specifiche proprietà:
l Colore – non è un buon indicatore.
l Lucentezza – dipende da come la luce si riflette.
l Durezza – test affidabile, la classificazione avviene secondo
la scala di Mohs.
l Trasparenza – da trasparenti a opalescenti a opache
l Forma – la forma del cristallo dipende dal meccanismo di
crescita.
l Frattura – come il minerale si rompe quando non
intervengono piani di clivaggio
l Clivaggio – come il cristallo si rompe lungo peculiari piani
cristallini a minore energia
l Sistema cristallino - ortorombico, tetragonale cubico ….
11

La durezza e la Scala di MOHS
l La durezza è una misura
che indica la resistenza
ad essere scalfito. Nella
scala di Mohs, composta
da dieci minerali; ogni
elemento scalfisce i
precedenti e viene scalfito
dai successivi
l TENERI (si scalfiscono con
l'unghia)
l 1 Talco
l 2 Gesso
l SEMI DURI (si rigano con
una punta d'acciaio)
l 3 Calcite
l 4 Fluorite
l 5 Apatite
l DURI (non si rigano con la
punta di acciaio)
l 6 Ortoclasio
l 7 Quarzo
l 8 Topazio
l 9 Corindone (Carborundum)
l 10 Diamante
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I minerali più comuni della classe dei
silicati
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I minerali più comuni della classe dei
silicati
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Minerali, rocce e pietre
l Una roccia è un miscuglio di più specie minerali in diverse
proporzioni e pertanto, diversamente da un minerale, la
composizione chimica di una roccia non è esprimibile con una
formula chimica.
l La pietra è una roccia, di norma non lucidabile,usata sia come
materiale da costruzione che da decorazione, che non rientra nelle
tipologie marmo, granito o travertino definite dalla medesima
normativa (UNI-8458)
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Il ciclo delle rocce
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Il magma
l Il magma è una massa a temperatura
elevata formata da un miscuglio di liquido,
gas, cristalli; è più o meno viscoso e
suscettibile di movimento; si tratta cioè di
un sistema chimico-fisico a molti
componenti consistente di una fase liquida
(fuso) e di un certo numero di fasi solide
(cristalli) in sospensione; può anche essere
presente una fase gassosa.
l COMPOSIZIONE E CARATTERISTICHE DI
UN MAGMA
l I principali componenti sono: silice
(40-75%, valori espressi come percentuali
in peso), allumina (10-20%), ossidi di ferro
(2-12%), calcio (1-12%), magnesio
(tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio
(tracce-7%).
l La temperatura di un magma è compresa
fra 1350°C e 750°C.
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ROCCE MAGMATICHE O IGNEE
l La cristallizzazione di un magma procede con
l'abbassarsi della temperatura nella massa
magmatica.
l Man mano che si creano le condizioni per la
cristallizzazione dei diversi minerali il magma diviene
via via più ricco di componenti che non si sono
ancora solidificati.
l I minerali che si sono formati per primi possono
ridisciogliersi parzialmente o reagire con il liquido
residuo in modo da mutare la loro composizione.
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Mount Etna
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Serie di Bowen
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Bowen's Reaction Series
No igneous rock ever displays the whole sequence, just a slice
across the sequence.
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Classificazione delle rocce
magmatiche
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Classificazione delle rocce
magmatiche
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Tessitura porfiritica
l E’ caratterizzata da grossi grani
circondati da grani più fini.
Questo implica che i grani
grossi sono cresciuti
lentamente in profondità.
l Il magma con i grossi grani,
affiorando e raffreddandosi
velocemente ha poi originato i
grani più piccoli
l This rock shows a porphyritic
texture. The large grains
(phenocrysts) are feldspar,
which are surrounded by a
matrix of quartz, feldspar and
mica
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CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE
MAGMATICHE
l Plutoniche: rocce formatesi
all'interno della crosta terrestre
che possono venire alla
superficie per cause tettoniche
e geomorfologiche.
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l Vulcaniche: rocce formatesi
sulla superficie terrestre; il
magma è portato in superficie
attraverso il fenomeno del
vulcanismo (fuoriuscita di lava).
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Morfologia delle rocce magmatiche
l Plutoniche (o intrusive): Per
la tranquillità con cui procede la
cristallizzazione, sono
caratterizzate da strutture
granulari
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l Vulcaniche (o effusive): La rapidità
del raffreddamento del magma
impedisce le reazioni di
cristallizzazione con la conseguente
formazione di una struttura
caratterizzata da da minutissimi cristalli
in cui sono inclusi pochi grandi cristalli
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Some Igneous Rocks Are Named on
Textural Criteria
l Pumice - Porous
l Obsidian - Glass
l Tuff - Cemented Ash
l Breccia - Cemented Fragments
l Porphyry - Fine Matrix, Large Crystals
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ROCCE SEDIMENTARIE
l Sono rocce costituite da materiali (detti sedimenti)
provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di varia
natura, di rocce preesistenti
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l FORMAZIONE DI UNA ROCCIA SEDIMENTARIA
La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in
quattro fasi, (ciclo sedimentario)
l - I fase: alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie
terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione.
- II fase: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione
ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc.
- III fase: deposizione (sedimentazione) del materiale in ambienti
diversi (continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene
per strati successivi.
- IV fase: formazione della roccia (litificazione dei sedimenti)
dovuta alla pressione esercitata da altri sedimenti che si
accumulano via via sopra di essi. I processi nel loro insieme
prendono il nome di diagenesi (processi diagenetici).
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Formazioni calcaree
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Hoodoo in Colorado e Pulo di
Altamura
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Classificazione delle rocce sedimentarie
l Si distinguono due gruppi: le rocce detritiche e le
rocce di precipitazione chimica e biochimica.
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Suddivisione delle rocce
detritiche
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I conglomerati
l rappresentano il termine più grossolano;
l Sono formati da un insieme di ciottoli piuttosto
arrotondati, con diametro superiore a 2 mm. I vari
elementi sono cementati da materiale più fine (sabbia,
argilla o depositi chimici quali calcite, ematite, etc.) le
dimensioni dei singoli elementi detritici (clasti) vanno
da un minimo di 2 mm ad un massimo di 256 mm
(scala di Wentworth).
l Corrispondono alle attuali ghiaie
I processi diagenetici principali sono la
compattazione, la precipitazione di minerali che porta
alla cementazione del sedimento (cementi calcitici o
cementi silicei) e la dissoluzione sotto pressione.
l Con il termine breccia si fa riferimento a quei
conglomerati i cui clasti non hanno subìto trasporto ed
hanno mantenuto quindi gli spigoli vivi; esse hanno
origine da crolli e frane.
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Le arenarie
l rappresentano il termine intermedio;
le dimensioni dei clasti sono
comprese fra 2 e 0,062 mm.
l Corrispondono alle attuali sabbie.
I processi diagenetici sono gli stessi
descritti a proposito dei
conglomerati.
l I principali componenti delle arenarie
sono: quarzo, ortoclasio, fillosilicati.
Quando predomina la calcite (clasti
calcarei) si ha la cosiddetta
"calcarenite", roccia che viene
classificata fra i calcari
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Le argille
l rappresentano il termine più fine; le dimensioni dei clasti sono al
di sotto di 0,062 mm.
l Le argille sono costituite quasi esclusivamente da fillosilicati
(minerali argillosi o minerali delle argille) prodotti dall'alterazione
di altri minerali silicati e assumono una tessitura parallela alla
stratificazione (orientazione preferenziale dei minerali).
l Corrispondono agli attuali fanghi detritici.
Il processo diagenetico principale è la compattazione: la porosità
dei fanghi argillosi prima del seppellimento è assai elevata
(70-90% in volume); sotto un carico di mille metri, la porosità si
riduce al 30%.
l Oltre a questo processo meccanico di compattazione sono
importanti i processi di natura chimica che consistono in
adsorbimenti e scambi ionici.
Altri componenti sono quarzo, ortoclasio e miche, presenti però
solo nella frazione più grossolana.
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Le argille
l I minerali argillosi sono silicati idrati
di alluminio e magnesio
caratterizzati da dimensioni
dell'ordine di qualche micron.
l In genere, presentano un abito
lamellare
l Possono formarsi da soluzioni
ioniche risultanti dall'alterazione di
minerali preesistenti, da soluzioni
colloidali, per cambiamento
strutturale diretto del minerale
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Kaolinite e Halloysite
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L’amianto
l amianto o asbesto, nomi
generici per indicare un
materiale in fibre
incombustibili e suscettibili a
tessitura, stabili
meccanicamente
l La gran parte dell’amianto
usato industrialmente si
origina dal crisotilo o
serpentino fibroso
caratterizzato da una
disposizione curva degli strati
secondo cilindri cavi,
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La bauxite
l La formazione delle bauxiti è il risultato
dell'alterazione delle rocce calcaree ad
opera degli agenti atmosferici
l Dopo il processo di dissoluzione del
carbonato di calcio ad opera delle acque
meteoriche ricche di anidride carbonica,
i minerali residuali, trasformabili in ossidi
e idrossidi di ferro e alluminio, vengono
trasportati dalle acque meteoriche e
accumulati nelle depressioni del terreno.
l In genere un deposito bauxitico si
presenta sotto forma di aggregato di
consistenza litica nel quale si trovano
sparse delle pisoliti, ovvero dei noduli di
forma tondeggiante, la cui forma
sarebbe dovuta al trasporto subito.
l Il colore della bauxite è in genere rosso
cupo con irregolari macchie biancastre.
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l La cava di Otranto: fu scoperta negli
anni '40 e l'estrazione si sviluppò negli
anni '60 fino al 1976, quando l'attività fu
chiusa; i minerali estratti dal porto di
Otranto partivano alla volta di Porto
Marghera, dove venivano lavorati per
produrre alluminio. Sul fondo della cava,
di circa 100 metri di diametro e 25 di
profondità, la presenza di una falda
freatica superficiale ha originato un
piccolo lago
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Il carbone
l lI carbone è una roccia sedimentaria
composta per più del 50% del suo
peso, e più del 70% del suo volume
da materiali carboniosi.
l E’ estratto in miniere sotterranee o a
cielo aperto o prodotto artificialmente.
l La formazione del carbone risale
principalmente all’era carbonifera,
quando un clima caldo ed umido ed
un'elevata concentrazione di CO2
favorirono la crescita di alberi giganti:
la loro morte e la successiva
degradazione in ambiente
anaerobico, assistita da funghi e
batteri, hanno portato a quelli che
conosciamo come carboni fossili.
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Tipi di carbone
l Torba: deriva da piante erbacee che
hanno subito una trasformazione
parziale. Ha un aspetto spugnoso o
addirittura filamentoso e un colore
scuro.
l Lignite: contenuto di carbonio di
circa 70% e un potere calorifico di
4500-6000 kcal/kg; la sua formazione
risale a circa 80 milioni di anni fa.
Presenta ancora la struttura del legno
da cui ha avuto origine. Non è un
buon combustibile e quindi
economicamente poco conveniente;
viene di solito utilizzata per
alimentare centrali elettriche o per
produrre gas, ammoniaca, petrolio
sintetico.
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l Litantrace: Ha un contenuto di
carbonio tra il 75% e il 90% e un
potere calorifico di 7000-8500 kcal/kg;
la sua formazione risale a circa 250
milioni di anni fa e si trova in strati
compressi tra rocce di composizione
diversa. È il carbone più diffuso in
natura e il più utilizzato a livello
industriale.
l Antracite: È il carbone più antico (400
milioni di anni fa); contiene una
percentuale di carbonio pari al 90% ed
ha un potere calorifico di 8500 kcal/kg.
Viene utilizzato molto poco perché
assai costoso, essendo difficilmente
reperibile.
41

Tipi di carboni in cifre
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Grafitizzazione
l La grafitizzazione è un
processo chimico di elettroinduzione
che trasforma il
carbone amorfo in grafite
artificiale. Il processo avviene in
forni alimentati in corrente
continua ad altissimo
amperaggio.
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Liquefazione e gassificazione
l Il carbone può essere convertito
in combustibili liquidi come
benzina o gasolio
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l Il carbone viene gassificato in
modo da produrre syngas (Syntetic
gas una mistura purificata e
bilanciata di CO e H2)
l Il Syngas è fatto condensare
utilizzando un catalizzatore
Fischer-Tropsch per produrre
idrocarburi leggeri, poi trasformati
in benzina e gasolio.
l Il Syngas può essere inoltre
convertito in metanolo, un ulteriore
combustibile o additivo a
carburanti, che può essere
ulteriormente riconvertito in
benzina tramite il processo M-gas
della Mobil.
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ROCCE METAMORFICHE
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l Sono rocce che hanno subìto modificazioni nella composizione
mineralogica o nella struttura e nella tessitura in seguito a
mutamenti di temperatura e pressione (metamorfismo).
l Tutte le rocce (magmatiche, sedimentarie, metamorfiche)
possono essere soggette al metamorfismo
l Il metamorfismo da contatto è originato da un riscaldamento
delle rocce ad opera di intrusioni ignee. Questo avviene a strati
superficiali per i quali la pressione non è fattore dominante
l Il metamorfismo regionale è causato da alte pressioni e
temperature che si realizzano durante la formazione delle
montagne.
l Le rocce metamorfiche si suddividono in bluechite (alta pressione
bassa temperatura), granulite (alta pressione alta temperatura),
migmatite (formazione al punto di fusione ma senza pressione)
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Morfologie metamorfiche
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Struttura e tessitura delle rocce
metamorfiche
l Nelle rocce metamorfiche i minerali cristallizzano
contemporaneamente, assumendo una forma irregolare
(allotriomorfi) e una struttura cristalloblastica.
l Tale struttura si differenzia poi, a seconda della forma dei cristalli,
in: granoblastica, porfiroblastica, lepidoblastica, nematoblastica.
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l La tessitura scistosa è tipica delle rocce metamorfiche
l per scistosità si intende la possibilità di una roccia a dividersi in
lastre sottili secondo piani subparalleli.
l La scistosità è il prodotto della pressione orientata ed è marcata
dalla disposizione dei minerali di forma allungata, fibrosa,
lamellare (miche).
l Si parla di foliazione se la scistosità non è molto pronunciata.
Altre tessiture caratteristiche sono: massiccia (granuli senza
orientazione), zonata (bande parallele differenti per struttura e
colore), occhiadina (grossi noduli chiari circondati da sottili bande
scure).
47

Il talco
l Nel talco gli strati sono elettricamente
neutri, le forze attrattive interstrato sono
deboli
l ne consegue che i cristalli sono teneri e
facilmente sfaldabili.
l L’uso del talco in polvere come lubrificante è
dovuto a questa proprietà.
l ll talco si origina sia per alterazione
idrotermale di rocce ultarbasiche che per
modesto metamorfismo termico di
dolomie. Esso cristallizza nel sistema
monoclino e si presenta in lamine di colore
verde untuose al tatto
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Le miche
l Le miche sono silicati poveri di cationi con
strati carichi elettricamente, tenuti assieme da
cationi intercalati non idrati.
l Prodotto di metamorfismo regionale e termico
su calcari magnesiaci e dolomie Gli strati in
questo caso non possono scorrere come nel
talco. I cristalli si possono tuttavia tagliare a
lamine sottili
l Questi fogli (di dimensioni dai centimetri ai
metri) vengono usati industrialmente per la
loro trasparenza, proprietà elettriche isolanti, e
resistenza chimica e termica (la muscovite fino
a circa 500 °C, la flogopite, KMg3(OH)2
[AlSi3O10], fino a circa 1000 °C).
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Fattori che condizionano l’utilizzo
delle rocce
l Il fattore geologico
è riferito alle caratteristiche degli
affioramenti geologici;
l il fattore petrografico
è riferito alle caratteristiche costitutive e
condiziona la lavorabilità
l il fattore economico
è riferito alle possibilità di sfruttamento
dell’affioramento mediante la
coltivazione di cave;
l il fattore estetico
è riferito agli effetti che si possono
ottenere dall’uso di un materiale.
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50

La classificazione commerciale delle pietre
da costruzione
considera invece criteri diversi quali la lucidabilità, la lavorabilità
l GRANITI
l rocce resistenti di natura silicatica, lucidabili
(granito, diorite, gabbro, sienite; porfido, andesite; gneiss,
granulite)
l PIETRE
l rocce compatte o porose, non lucidabili
(basalto, trachite; conglomerato, arenaria, argilla, tufo, calcare
tenero, dolomia; fillade, micascisto, quarzite, serpentinite,
anfibolite)
l MARMI
l rocce compatte di natura carbonatica, lucidabili
(marmo, calcescisto; calcare compatto)
l TRAVERTINI
l rocce ricche di cavità, compatte, lucidabili
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Rocce da costruzione
magmatiche
Denominazione GRANITO DIORITE SIENITE
Classificazione magmatica plutonica magmatica plutonica magmatica plutonica
Minerali qz, Kfl, plc, bt plc, orb, qz Kfl; plc; afb
Chimismo Si, Al, K, Na, Fe Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na Si, Al, K, Na, Fe, Ca, Mg
Struttura granulare granulare granulare
Grana media media media
Colore bianco, rosa, rosso, punti
neri
grigio scuro viola, punti neri
Massa vol. app. 2,6 2,9 2,7
Tipologie blocco, lastra blocco, lastra blocco, lastra
Lavorabilità scarsa; lucidabile scarsa; lucidabile scarsa; lucidabile
Uso muro, colonna,
pavimento
Alterazione scagliatura, polverizzaz scalgiatura,
polverizzaz
muro, colonna muro, pavimento
scagliatura,
polverizzaz
Cause degrado cristallizzazione sali cristallizzazione sali cristallizzazione sali
Esempio Granito di Baveno Serizzo val Masino Sienite della Balma
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Rocce metamorfiche
Denominazione GNEISS MARMO SERPENTINITE QUARZITE
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Classificazione metam. regionale metam. regionale metam. regionale metam. regionale
Minerali mcc, msc calcite, qz, msc serpentino, magnetite quarzo
Chimismo Si, Al, K Ca, Si Si, Al, Fe, Mg Si
Struttura nematoblastica granoblastica nematoblastica poligonale
Scistosità elevata assente elevata elevata
Grana media variabile fine fine
Colore grigio, linee scure bianco, rosa, vene grigie verde scuro giallo, bianco
Massa vol.
app.
2,6 2,7 2,6 2,5
Tipologie lastre, blocchi blocco, lastra lastre lastre
Lavorabilità scarsa ottima, lucidabile scarsa scarsa
Uso rivestimento, colonna, muro scultura, decorazione rivestimento, copertura pavimento
Alterazione scagliatura erosione scagliatura, esfoliazione usura
Cause
degrado
cristallizzazione sali dissoluzione cristallizzazione sali azione meccanica
Esempio Serizzo val d'Ossola marmo di Carrara Serpent. Val Malenco Bargiolina
53

Rocce sedimentarie
Denominazione CONGLOMERATO ARENARIA
CEM.
CALCITICO
Classificazione sedimentaria
clastica
sedimentaria
clastica
ARENARIA
CEM. SILICEO
TUFO
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sedimentaria clastica sedim. piroclastica
Minerali variabili qz, Kfl, msc qz, Kfl, msc agt, bt, lct
Chimismo variabile variabile variabile variabile
Grana molto grossolana fine fine grossolana
Colore multiplo grigio, giallo rosso, viola grigio, giallo
Massa vol. app. variabile 2,1 2,2 1,8
Tipologie blocchi blocco, lastra blocco, lastra blocchi
Lavorabilità scarsa buona buona ottima
Uso muro muro, scultura muro, scultura muro
Alterazione erosione, distacco erosione scagliatura polverizzazione
Cause degrado dissol. cemento calc dissoluzione
cemento
cristallizzazione sali cristallizz. sali
Esempio Ceppo lombardo pietra di Sarnico pietra Simona Peperino
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Densità delle rocce da costruzione
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Conducibilità termica delle rocce da
costruzione
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Resistenza meccanica e modulo di
Young delle rocce da costruzione
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Taglio delle rocce da costruzione
l Il blocco deve essere diviso in
pezzi delle dimensioni
desiderate mediante spaccatura
o segagione a seconda della
natura geologica della roccia.
l Nella divisione dei blocchi è
importante riconoscere il verso,
il secondo, il contro
l Lungo il verso la roccia si
divide più facilmente rispetto
alle altre direzioni;
l Il secondo è normale al verso,
la divisione è più difficile;
l Il contro, normale alle altre
lungo la quale la divisione è
nettamente più difficile
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l Nelle rocce sedimentarie il verso è
identificato dalle superfici di
stratificazione. Il secondo e il contro sono
individuati di conseguenza.
l Nelle rocce metamorfiche il verso è
identificabile con i piani di scistosità.
l Gli strumenti necessari per dividere i
blocchi sono: cunei, battuti da una mazza
in file di fori paralleli appositamente
scavati (utilizzati per rocce dure e seghe,
a denti oppure senza denti in cui l'azione
di taglio è dovuta al trascinamento di
granuli di sabbia (utilizzate per rocce
tenere).
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LAVORAZIONE MECCANICA
l Distacco
l dei blocchi dal monte viene effettuato
con il filo diamantato oppure con
tagliatrici a nastro. L'allineamento dei
tagli è assicurato da laser segnataglio.
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Licciulli
l Trasformazione
l si procede con seghe a disco
diamantato o con telai multilama
ottenendo pezzi o lastre grezze di
diverso spessore, lastre che
possono essere quindi lucidate a
nastro continuo.
l Finiture speciali,
l lucidatura di superfici toriche, si
effettuano con utensili
appositamente sagomati.
l Decorazione e scultura
l si procede allo sbozzo mediante
carotatura e fresatura per eliminare
il materiale in eccesso. Per lavori
delicati, tutte le operazioni vengono
effettuate con gli utensili tradizionali
(subbia, scalpello, gradina, ecc.)
mossi da martelli pneumatici
59

Inerti
l inerti o aggregati sono una
larga categoria di materiali
minerali granulari particellari
grezzi usati nelle costruzioni
e possono essere naturali,
artificiali o riciclati da
materiali precedentemente
usati nelle costruzioni
l Gli inerti sono utilizzati in
edilizia come componenti di
materiali compositi, come ad
esempio i conglomerati
cementizi, conglomerati
bituminosi e gli intonaci
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Licciulli
l finissimi (fillers): < 0,063 mm
l fini (sabbia/graniglia): 0,063 –
4 mm
l grossi: > 4 mm:
l ghiaietto/pietrischetto: 4 –
15 mm
l ghiaia/pietrisco: 15 – 40 mm
60
60

Cava per inerti
• Produzione di inerti presso le
cave di “Prefabbricati Pugliesi
a Oria”
•
❏ 61

PRODOTTI DELLA LAVORAZIONE
l Blocchi di grandi dimensioni
l si ricavano da graniti o rocce magmatiche in genere, da rocce sedimentarie in
stratificazione massiccia (alcuni calcari - Botticino), da rocce metamorfiche
prive di scistosità e venature (quasi tutti i marmi). Sono adatti per fusti di
colonne, architravi, statuaria.
l Blocchi di piccole dimensioni
l si ricavano da rocce sedimentarie (calcari, dolomie, arenarie, tufi) in
stratificazione media. Sono adatti alla preparazione di conci per muratura.
Blocchi di piccole dimensioni adatti alla preparazione di elementi decorativi
ricchi di ornamentazione, si ottengono da rocce sedimentarie tenere (calcari
teneri, pietra di Lecce).
l Lastre di vario spessore
l si ricavano, mediante rottura, da rocce sedimentarie a stratificazione sottile
(calcari, calcari marnosi). Sono adatte alle murature e alle coperture.
l Lastre di grande estensione
l molto resistenti all'usura e alla flessione si ricavano, mediante fenditura, da
rocce metamorfiche di natura silicea con elevata scistosità (gneiss,
serpentiniti). Sono adatte alle pavimentazioni esterne ed alle coperture.Lastre
di grandi dimensioni si ricavano, per segagione, da rocce compatte di diversa
natura (graniti, calcari, marmi). Sono adatte al rivestimento di pareti ed alle
pavimentazioni interne.
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62

Finitura di marmi e calcari
l I graniti, i marmi o alcuni calcari ricevono il cosiddetto pulimento
ottenuto attraverso l'azione abrasiva di determinate sostanze che
riducono le asperità superficiali.
l A seconda del grado di pulimento si distinguono:
l l'arrotatura (con pezzi di arenaria),
l la levigatura (con la pomice),
l la lucidatura (con limatura di piombo).
l La superficie lavorata si definisce pelle (pelle grossolana, mezzana,
liscia, levigata, lucidata). Le caratteristiche che contraddistinguono
una roccia lucidabile sono: la coesione, l'omogeneità mineralogica,
l'uniformità nella durezza dei componenti e la bassa porosità.
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63

Pietra leccese
l Roccia calcarea
l Esame petrografico
appartenente al gruppo delle
calcareniti marnose e
l Carbonato di calcio (CaCO3)
sotto forma di granuli di calcare
risalente al periodo
e di cemento calcitico, a cui si
miocenico (23,03 a 5,332 legano glauconite, quarzo, vari
Ma)
feldspati e fosfati, oltre a
sostanze argillose finemente
disperse (caolinite, smectite e
clorite), che, nelle diverse
miscele, danno origine a
differenti qualità della roccia
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Calcarenite
l La calcarenite è un tipo di
roccia sedimentaria clastica,
formata da particelle
calcaree delle dimensioni
della sabbia (0,063-2 mm di
diametro).
l Il cemento che unisce le
particelle è di solito
anch'esso calcareo
(cemento calcitico)
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Principali varietà di pietra leccese
l la pietra saponara,
l biancastra, facilmente sminuzzabile e, come lascia intuire il nome, a
consistenza scivolosa, è scelta quasi solo per lavori di copertura a terrazzo.
La sua lavorabilità è abbastanza ostacolata proprio dalla tendenza a
frammentarsi e dalle scadenti caratteristiche meccaniche.
l la cucuzzara,
l date le non eccelse qualità meccaniche, trova anch’essa applicazione
solamente come materiale per fondazioni.
l il leccisu, o pietra gentile
l è la varietà più tenera, con un colore tendente al paglia. Questa varietà è
facilmente identificabile e distinguibile rispetto ad altre, prodotte nelle
immediate vicinanze di Lecce.
l il piromafo (o piromafu),
l la cui etimologia viene fatta risalire a Piru Machu (lotta col fuoco), ha una
grande resistenza al fuoco (proprietà refrattarie) ed è particolarmente adatto,
quindi, per arredi di caminetti, focolari ed elementi di contorno di tutte quelle
parti possibilmente soggette e/o vicine a calore e/o fiamme (es: canne
fumarie, forni). Mostra un colore verdastro, da chiaro a scuro, per presenza
del minerale glauconite, fino al grigio. In caso di impiego con funzione
strutturale, il piromafo trova applicazioni solamente nella realizzazione di
fondazioni.
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66

Principali varietà di pietra leccese
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l la bastarda ,
l vanta consistenza e composizione abbastanza variabili ed una tessitura molto
eterogenea. Si distingue tuttavia per la sua buona lavorabilità.
l la dolce e la dura (tosta)
l hanno buone qualità meccaniche e vengono normalmente estratte in conci da
sottoporre a fresatura per la produzione di chianche a diverso spessore ed
applicate come coperture a terrazzo.
l la gagginara
l bianca e bianco-giallognola - è ampiamente utilizzata per murature a
facciavista e per scultura. Per quest’ultimo scopo la varietà migliore è la
bianco-giallognola.
l la niura (o nera),
l che costituisce la parte basale dei banchi produttivi, è sfruttata pressoché
solo per fondazioni.
l la mazzara,
l a scheletro granuloso e con doti di buona tenacità, trova scarse applicazioni,
costituendo anzi spesso un detrito da collocare a discarica.
67

Le caratteristiche geometriche dei
conci in pietra leccese
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l La produzione, in relazione alle caratteristiche geometriche, può essere
sostanzialmente ricondotta ai seguenti tre gruppi:
l A 18÷20 x 25 x 75 cm
l B 20÷27 x 25÷38 x 50 cm
l C 18÷20 x 25÷28 x 48÷50 cm
l I tipi A) e B) sono estratti nella provincia di Lecce; il gruppo C) nelle provincie di
Bari, Taranto e Brindisi. Nella provincia di Foggia è dominante la produzione di
tufina.
l La modularità è vecchia almeno quanto le iniziali attività estrattive condotte in
territorio pugliese.
l La "B" comunque la minore delle due dimensioni di base è l’antica unità di
misura del palmo napoletano, pari a 26,45 cm.
l La costanza di questa dimensione consente di ipotizzare la consapevolezza, in
parte empirica ed in parte provata nella pratica costruttiva, di aver definito un
modulo, anche se semplice come il palmo.
l Questa modularità, anche se con diversità e peculiarità in rapporto alle diverse
zone di estrazione, trova una sua spiegazione logica nelle maturate esigenze sia
in ordine al trasporto che alla posa in opera del concio (del peso di circa 25 kg),
alla disposizione della muratura, agli spessori convenienti per una muratura poco
resistente agli stati tensionali, e comunque necessari per realizzare condizioni di
comfort ambientale accettabili.
68

Costruzioni in pietra
l Stone has two distinct architectural faces:
l In monumental architecture, it stands for
wealth, power, and permanence. Finely
worked, accurately cut blocks, sometimes
of exotic origin or polished to a jewel-like
finish, characterize monumental
architecture
l at a domestic scale and based on local
craft traditions, it appears as modest,
forthright, and natural. while fieldstone,
rubble, or roughly-worked stone set in thick
mortar beds are more often associated with
modest works.
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Volte proprie e improprie
l Come negli archi, si distingue tra
l volte vere e proprie, create cioè in
muratura con pietre o laterizi a forma
di cuneo, con i giunti orientati verso
un punto centrale,
l volte apparenti o improprie (chiamate
più genericamente coperture a
guscio), create in calcestruzzo
colato, legno, cemento armato, ecc
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70

Falsa volta o Volta in aggetto
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71

Le “pagghiare” e i trulli: un’unica
famiglia architettonica
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I trulli e le costruzioni “a secco”
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Volte a botte propria
l Nomenclatura della
volta a botte:
1) chiave di volta;
2) cuneo;
3) estradosso;
4) piedritto;
5) intradosso;
6) freccia;
7) corda;
8) rinfianco
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Volta a crociera
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l Tipo di copertura architettonica formata
dall'intersezione longitudinale di due volte a botte.
l La sua superficie è costituita da un'ossatura di
quattro archi perimetrali e due archi diagonali.
Questi ultimi passano per il centro della volta e
sono più grandi di quelli perimetrali.
l Il centro è chiuso da una pietra a forma di cuneo
o tronco di piramide, detta chiave di volta:
l Dopo la messa della chiave di volta, la struttura si
autosorregge, scaricando il proprio peso sui
sostegni (colonne, pilastri o altro).
l Gli spazi tra gli archi diagonali e quelli perimetrali
sono detti spicchi o vele e, talvolta, sono separati
da nervature che evidenziano le superfici
architettoniche, dette costoloni
75

Volta a vela
l La volta a vela è un tipo di
copertura architettonica
simile a una cupola a
base quadrata.
l Nella forma più semplice
si tratta di una semisfera
o di una calotta di sfera
circoscritta in un vano
quadrato, senza le parti
esterne al quadrato
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ALTERAZIONI MACROSCOPICHE DEI
MATERIALI LAPIDEI
l SENZA PEGGIORAMENTO DELLE CONDIZIONI:
Alterazione cromatica, Macchia, Patina
l PERDITA DI MATERIALE DALLA SUPERFICIE:
Erosione anche differenziale, Pitting, Alveolizzazione
l PERDITA DELLA MORFOLOGIA DEL MANUFATTO:
Disgregazione – Polverizzazione, Esfoliazione, Scagliatura, Distacco,
Mancanza - Lacuna
l DEPOSIZIONE E/O FORMAZIONE DI PRODOTTI SECONDARI:
Concrezione – Incrostazione, Deposito superficiale, Crosta,
Efflorescenza, Pellicola, Patina biologica
l RIDUZIONE DELLA RESISTENZA MECCANICA:
Deformazione, Rigonfiamento, Fratturazione
l COLONIZZAZIONE BIOLOGICA
Si riportano ora le definizioni relative a ciascuna forma di alterazione
secondo quanto riportato nella Raccomandazione NORMAL 1/85. Le
corrispondenze con i termini in lingua inglese sono state verificate
direttamente su testi a stampa e pubblicazioni specialistiche.
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Alterazione da piogge acide
l Piogge acide: pH < 5,6-5,8
l Più correttamente: deposizioni acide
l L’acidità dipende dall’equilibrio tra fasi condensate e gas presenti
nell’atmosfera
l Anidride carbonica e acqua in atmosfera, le quali reagiscono insieme a
formare acido carbonico
CO2 + H2O >>> H2CO3
CaCO3 + H2CO3 >>> Ca(HCO3)2
l ossidi e subossidi di azoto e acqua in atmosfera, reagiscono insieme a
formare acido nitrico
NO2 + H2O >>> HNO3
CaCO3 + HNO3 >>> Ca(NO3)2 + NO2
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78

Croste nere e Solfatazione delle rocce
carbonatiche
SO2 + H2O >>> H2SO4
CaCO3 + H2SO4 + H2O >>> CaSO4*2H2O + CO2
l Le croste nere sono costituite da cristalli
di carbonato di calcio, di nitrato e solfato
di calcio.
l Queste sostanze si formano per azione
della pioggia acida sulla superficie del
marmo, sono sciolte nella pioggia.
Quando, per evaporazione dell'acqua, si
ridepositano, inglobano particelle
carboniose nere.
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PERDITA DI MATERIALE
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l EROSIONE [surface erosion, surface reduction, roughening]
l Asportazione di materiale dalla superficie che nella maggior parte
dei casi si presenta compatta.
l EROSIONE DIFFERENZIALE [differential erosion
l Messa in risalto dell’eterogeneità di motivi tessiturali o strutturali
tipici del materiale lapideo.
l PITTING [pitting]
l Formazione di fori ciechi, numerosi e ravvicinati. I fori hanno
forma tendenzialmente emisferica con diametro massimo di pochi
millimetri.
l ALVEOLIZZAZIONE [alveolization, honeycomb, cavernous decay]
l Formazione di cavità di forma e dimensioni variabili, dette alveoli,
spesso interconnesse e con distribuzione non uniforme.
80

PERDITA DELLA MORFOLOGIA
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l DISGREGAZIONE [disaggregation, granular disintegration, crumbling]
l Decoesione con caduta del materiale sotto forma di polvere o minutissimi frammenti.
l ESFOLIAZIONE [exfoliation, contour scaling, flaking]
l Formazione di una o più porzioni laminari, di spessore molto ridotto e subparallele tra
loro, dette sfoglie.
l SCAGLIATURA [scaling, spalling]
l Distacco di parti di forma irregolare e spessore consistente e non uniforme, dette
scaglie, spesso in corrispondenza di soluzioni di continuità del materiale originario.
l DISTACCO [detachment]
l Soluzione di continuità tra strati superficiali del materiale (ad esempio un intonaco), sia
tra loro che rispetto al substrato; prelude, in genere, alla caduta degli strati stessi. Nelle
pietre le parti distaccate assumono spesso forme specifiche in funzione delle
caratteristiche strutturali e tessiturali dando luogo a scagliatura, esfoliazione , crosta.
l MANCANZA [loss]
l Perdita di elementi tridimensionali (braccio di una statua, ansa di un'anfora, brano di una
decorazione a rilievo, ecc.).
l LACUNA [lacuna]
l Assenza di parti con sviluppo prevalentemente bidimensionale (parte di un intonaco e di
un dipinto, porzione di impasto o di rivestimento ceramico, tessere di mosaico, ecc.).
81

PRODOTTI SECONDARI
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l CONCREZIONE o INCROSTAZIONE [incrustation, secondary crust]
l Accrescimento compatto generalmente di estensione limitata, sviluppato sia parallelamente sia
perpendicolarmente alla superficie, in quest'ultimo caso può assumere forma stalattitica o
stalagmitica.
l DEPOSITO SUPERFICIALE [dust, soot]
l Accumulo di materiali estranei di varia natura, quali polvere, terriccio, guano, ecc. Ha spessore
variabile, generalmente scarsa coerenza e scarsa aderenza al materiale sottostante.
l CROSTA [crust, gypsum skin, calcium sulphate skin]
l Modificazione dello strato superficiale del materiale lapideo. Di spessore variabile, generalmente dura,
distinguibile dalle parti sottostanti per le caratteristiche morfologiche e, spesso, per il colore. Può
distaccarsi anche spontaneamente dal substrato che, in genere, si presenta disgregato e/o
polverulento.
l EFFLORESCENZA [efflorescence, efflorescing salt]
l Formazione di sali, generalmente di colore biancastro e di aspetto cristallino o polverulento o
filamentoso, sulla superficie.
l PELLICOLA [coating film, surface treatment]
l Strato superficiale, trasparente o opaco, di sostanze coerenti fra loro ed estranee al materiale lapideo
(es.: pellicola pittorica di rifacimento, pellicola protettiva o con funzioni estetiche, pellicola ad ossalati).
l PATINA BIOLOGICA [biological crust]
l Strato sottile, omogeneo, costituito quasi esclusivamente da microrganismi; variabile per consistenza,
colore e adesione al substrato in relazione alle condizioni ambientali.
l COLONIZZAZIONE BIOLOGICA [plants, climbing plants]
l Presenza di organismi vegetali sul substrato, riconoscibili microscopicamente (alghe, funghi, licheni,
muschi, piante superiori).
82

Fasi dell’intervento di restauro
l Diagnosi:
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l studio approfondito delle caratteristiche del manufatto, della sua storia, dei materiali di
cui è composto, delle sue forme di alterazione e degrado e poiché su ciò che le ha
originate.
l Preconsolidamento:
l operazione che viene effettuata prima della pulitura vera e propria. Viene eseguita solo
in casi in cui il materiale si trovi in condizioni molto critiche di conservazione, permette di
migliorare le caratteristiche fisiche del materiale, evitando cadute e disgregazioni
durante la fase di pulitura.
l Pulitura
l operazione che porta alla rimozione degli strati poiché e dei prodotti di alterazione
presenti sul poiché manufatto, fase che viene eseguita con trattamenti di tipo chimico,
fisico o meccanico.
l Consolidamento:
l trattamento con specifici prodotti di tipo chimico, che poiché penetrando in profondità,
portando a un miglioramento delle caratteristiche fisico-meccaniche della pietra, in
particolare quelle coesive.
l Protezione superficiale
l operazione finale, eseguita per lo più con sostanze di tipo chimico, che permette di
limitare gli effetti dell’acqua, degli agenti atmosferici e degli agenti inquinanti sulla
superficie del manufatto.
l Manutenzione:
l revisione periodica dello stato di conservazione del manufatto, tendente a controllare
che i fenomeni di alterazione non assumano una forma patologica irreversibile. Negli
interventi di manutenzione dovrebbe anche essere sondata l’efficacia nel tempo degli
interventi protettivi già eseguiti, con eventuale ripristino degli stessi.
83

Il consolidamento
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Licciulli
l Per consolidamento si intende il trattamento della pietra alterata con una
sostanza che, penetrando in profondità, ne migliori le caratteristiche
fisico-meccaniche e che porti anche a un aumento delle capacità coesive
tra la parte deteriorata e quella sana sottostante.
l In passato vi sono stati numerosi esempi negativi di prodotti applicati
erroneamente, a causa di conoscenze limitate o di metodologie improvvisate
o di prodotti non adatti.
l Le caratteristiche fondamentali che deve possedere un prodotto
consolidante sono:
l capacità di regolare il passaggio dell’acqua poiché e del vapor acqueo;
l buone capacità protettive verso gli agenti esterni (agenti meteorici, sostanze
inquinanti, polveri, agenti biologici ecc.);
bassi valori del coefficiente di dilatazione termica, simili a quelli del lapideo
trattato, in modo che non si originino fessurazioni e distacchi;
l buona compatibilità con la caratteristiche petrografiche e fisico-meccaniche
del materiale lapideo;
l limitate variazioni estetiche poiché finali nel lapideo.
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Consolidanti per classi di prodotti
Introduzione alla
Petrologia Antonio
Licciulli
l dalle Raccomandazioni NORMAL 20/85
l I CONSOLIDANTI possono suddividere in alcune grandi
categorie:
l silicati di etile (consigliati per arenarie, laterizi e mattoni crudi);
l alchil-alcossi-silani (arenarie, laterizi e mattoni crudi);
l miscele di silicati di etile ed alchil-alcossi-silani poiché (arenarie,
marmi e calcari);
l resine acriliche, applicate come monomeri o come polimeri
(marmi e calcari compatti);
l miscele di resine acriliche e siliconiche (arenarie, marmi e calcari);
l idrossido di calcio e di bario poiché (possono essere utilizzati sulle
pietre calcaree solo quando queste presentano microfratturazioni
di ordine micrometrico).
85

Metodi di applicazione dei
consolidanti
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l I consolidanti possono essere applicati in vario modo a seconda
delle esigenze e soprattutto in funzione della profondità da
raggiungere nel materiale.
l a spray
l a impacco poiché (procedendo fino al rifiuto del materiale),
l a percolazione, cioè facendo scorrere sulla superficie il prodotto in
continuazione, senza permettere l’evaporazione del solvente il
consolidante può arrivare fino alla massima profondità possibile,
l a pennello,
l con l’evaporazione del solvente, anche il consolidante tende a tornare
verso la superficie. poiché anche in questo caso si procede fino al
rifiuto della sostanza.
l impregnazione sotto vuoto,
l inserendo la struttura in apposite vasche o contenitori, ponendole
all’interno di una autoclave che è collegata ad una pompa, in grado di
eseguire il vuoto al suo interno.
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Bibliografia
l Ottimo il lavoro in lingua italiano di Roberto BUGINI e Luisa
FOLLI dell’istituto del CNR per la conservazione e
valorizzazione dei beni culturali http://server.icvbc.cnr.it/
didattica/petrografia/lezioni_petrografia.htm
l In Inglese è da segnalare l’approccio multilivello del sito
dell’Università di Edimburgo “Geology rocks” curato da John Ill
e Katie Davis: http://www.geologyrocks.co.uk/
l Altre fonti non internet:
l Grande dizionario enciclopedico UTET
l “The Joy of Kmowledge Encyclopedia Mitchell Beazley Enc. 1976
l STONE (ARCHITECTURAL AND ARTISTIC) E. M. Winkler, Stone in
Architecture: Properties, Durability. 3rd revised edition. Spriner-
Verlag, Berlin, 1997
l appunti delle lezioni del corso di Corso di Tecnologie di Chimica
Applicata dell’Università di Catania
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