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La terra uno dei pi antichi materiali usati in architettura Se ne parla nella Bibbia (Libro dellEsodo 5, 6-8) Ampiamente diffusa nellantico Egitto e nelle civilt della Mesopotamia Vitruvio parla di mattoni di terra (lateres) suggerendo la terra pi adatta, l opportunit di mescolarla con la paglia, il miglior periodo per la realizzazione dei mattoni, lessiccamento Plinio parla della tecnica della terra pressata nelle casseforme-pis (parietes formacei), che fornisce murature molto resistenti e dei mattoni crudi

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Circa il 30% della popolazione mondiale vive in costruzioni di terra !

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Le costruzioni dell Iran, Afghanistan, Yemen, Iraq, Marocco, Mali testimoniano che larchitettura in terra si evoluta e specializzata fino a raggiungere una perfezione tecnica (sistemi voltati, cupole, edifici a pi piani, superfici decorate) Ait Benhaddou-Marocco Bam-Iran Djenn-Mali

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Costruzioni in terra cruda sono diffuse anche in Europa: Germania, Inghilterra, Spagna, Portogallo, Italia In Francia il 15% della popolazione rurale vive in costruzioni di terra Granada, muralla de la Alcazaba mulino a Villefontaine-Francia Castilla y Leon

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In Italia larchitettura in terra diffusa in Lombardia (province di Lodi, Crema, Pavia), nellAlessandrino, nel Ferrarese, in provincia di Macerata, in provincia di Chieti, nel Campidano prov. Alessandria Campidano

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Ci sono molte tecniche per realizzare costruzioni in terra: le pi diffuse nell area Mediterranea sono: pis mattoni di terra (adobe)

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La terra anche architettura contemporanea Gli Stati Uniti, hanno ufficialmente legittimato luso delladobe e del pis inserendo queste tecniche nella normativa nazionale delle costruzioni. In California le costruzioni in adobe crescono con un ritmo del 30% annuo Casa di Martin Rauch-Austria Hotel Tierra-San Pedro de Atacama, Cile Cappella della Riconciliazione, Berlino

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Cosa la terra ? Con il termine terra si intende quello che in realt si deve chiamare suolo cio lo strato superficiale che ricopre la crosta terrestre e che deriva dall' alterazione di un substrato roccioso Il suolo composto da: - parte solida (minerale e organica), - parte liquida - parte gassosa Si differenzia in una serie di orizzonti: - orizzonte superficiale (5-10% sostanza organica) - eluvium (minerali residuali, acidi umici, lisciviato degli elementi alcalini e alcalino terrosi) - illuvium (inorganico)

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Composizione della frazione minerale di una terra - Fillosilicati del tipo minerali argillosi - altri Fillosilicati (muscovite, biotite) - quarzo - feldspati - carbonati - ossidi e idrossidi (goethite, ematite, gibbsite) - solfati (gesso) - solfuri (pirite)

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Composizione della terra e caratteristiche del "prodotto finito" - fibre vegetali: si oppongono al ritiro e nella giusta quantit migliorano le caratteristiche meccaniche. - % di minerali argillosi: forte coesione del prodotto essiccato ma fessurazione da ritiro; - tipo di minerali argillosi: la presenza di minerali a reticolo espandibile aumenta i problemi di ritiro e fessurazione con peggioramento delle caratteristiche meccaniche; - sostanze organiche disperse: aumentano la plasticit ma aumentano il ritiro;

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Tipi di terre Terre grasse - sono costituite da unelevata % di minerali argillosi; -trattengono una forte quantit di acqua e la perdono lentamente per evaporazione; -subiscono un forte ritiro in essiccazione; -sono molto plastiche; Terre magre contengono una % rilevante di frazione sabbiosa; - trattengono poca acqua e la perdono pi rapidamente - hanno un basso ritiro; - sono poco plastiche;

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Fattori interni Fattori esterni - azione della pioggia (erosione, rigonfiamento) - umidit di risalita, sali (disgregazione) - uso (erosione) - strutturali - tipo di terra uso (erosione) terra (magra ) umidit di risalita La terra cruda: problemi di conservazione - troppo magra - troppo grassa - minerali espandibili

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La terra cruda: gli attuali metodi di conservazione manutenzione rifacimenti

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Attuali metodi di miglioramento della qualit della terra (durabilit) Correzione granulometrica Stabilizzazione meccanica Stabilizzazione chimica -riduzione plasticit -aumento lavorabilit -favorire la flocculazione compressione - calce - Mg(OH) 2 - cemento - altri additivi ( es. succhi di piante grasse) Aggiunta di fibre paglia calce

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Sono stati fatti anche tentativi di miglioramento degli impasti terrosi con prodotti consolidanti di sintesi (resine acriliche, resine siliconiche e loro miscele) Comunque fino ad ora non sono segnalati metodi di trattamento in opera delle costruzioni in terra Le sperimentazioni pi innovative di stabilizzazione chimica sono quelle del Dip. di Mineralogia e Petrologia dell Universit di Granada. Largilla utilizzata per le murature in terra dellAlhambra stata trattata con soluzioni di diluite di Ca(OH) 2, NaOH e KOH. Si visto che: - il reticolo dei minerali argillosi espandibili stato rapidamente distrutto, pi lentamente quello di caolinite, illite e paragonite; - si sono formati alluminiosilicati alcalini debolmente cristallini stabili e CSH. Entrambi hanno agito da agenti leganti

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Possibili applicazioni dei materiali geopolimerici alla terra cruda Additivi della terra per migliorarne le caratteristiche di durabilit Prodotti per il consolidamento in situ dei manufatti in terra cruda

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Ottenere una soluzione a base allumino-silicatica, capace di reagire e produrre una struttura geopolimerica per: - additivare l impasto terroso per produrre manufatti in terra cruda di maggior durabilit - consolidamento superficiale dei manufatti in terra ma anche di materiali lapidei naturali e artificiali Lo scopo della nostra ricerca

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Nel metodo tradizionale di preparazione di materiali geopolimerici previsto lutilizzo di soluzioni altamente alcaline. Tali soluzioni possono essere fonte di sottoprodotti dannosi nel campo dei Beni Culturali Per questo abbiamo sperimentato un metodo basato sulla tecnica dell attivazione meccano-chimica Metodo alternativo di produzione

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L attivazione meccano-chimica un metodo per aumentare la reattivit dei materiali Come conseguenza, il trattamento delle materie prime che si utilizzano per la produzione dei geopolimeri, (ceneri vulcaniche, pomici, scorie di fonderia, metacaolino) risulta pi semplice e meno costoso

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L attivazione meccano-chimica si effettua tramite macinazione spinta Questo processo causa le seguenti trasformazioni: - aumento della superficie specifica; - formazione di difetti puntuali; - transformazioni di fase nei materiali polimorfici; -reazioni chimiche. I vantaggi di questo processo sono: - pi basse temperature di reazione; - aumento della solubilit e della velocit di solubilizzazione; - formazione di composti solubili in acqua

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La nostra sperimentazione Siamo partiti da pomice e caolino come precursori per la produzione di consolidanti geopolimerici e leganti geopolimerici Questi materiali sono stati attivati meccanicamente - lisciviato con soluzioni alcaline in bassa concentrazione (1M) rispetto a quelle normalmente utilizzate nella produzione dei geopolimeri (5-10M) in modo da ottenere una soluzione ricca in Si(OH) 4 e Al(OH) 4 capace di geopolimerizzare e consolidare materiale attivato - usato direttamente come additivo mescolato alla terra

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- a 320 di macinazione, con NaOH 1M si ottiene: Si~600ppm e Al~800ppm Quantit di Si e Al nella soluzione ottenuta dalla lisciviazione del caolino attivato Quantit di Si nella soluzione ottenuta dalla lisciviazione della pomice attivata - a 320 di macinazione, sia con NaOH che con KOH 1M si ottiene: Si~4000ppm

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40g di terra sono stati mescolati a 20ml delle seguenti soluzioni: - NaOH 0,386M - KOH 0,382M - soluzione estratta da caolino macinato in NaOH 1M - soluzione estratta da caolino macinato in KOH 1M - soluzione estratta da pomice macinata in NaOH 1M - soluzione estratta da pomice macinata in KOH 1M - acqua distillata - soluzione acquosa di nano-silice Preparazione della terra per la sperimentazione Si utilizzata una terra marnoso-argillosa in cui la frazione argillosa contiene una piccola quantit di minerali a reticolo espandibile Si selezionata una granulometria < 630 m

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Provini di terra realizzati acquacaolino + KOH 1M caolino + NaOH 1M KOH 0,382M nanosilice NaOH 0,386M pomice + KOH 1Mpomice + NaOH 1M

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Prove di resistenza alla perforazione (DRMS) Verifica del comportamento dei campioni di terra Le soluzioni estratte con NaOH 1M sono quelle che hanno unefficacia maggiore. La nanosilice rende il materiale duro ma fragile

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Il E ha valori vicini a 3 Il parametro che varia maggiormente b con tendenza ad un aumento (ingiallimento) Variazioni colorimetriche

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Il lavoro che resta da fare Valutazione di Na e K liberi dovuti a reazione incompleta degli attivatori alcalini Verifica della presenza di eventuali fasi di neoformazione dannose come carbonati alcalini Studio delle fasi cristalline di neoformazione (idrosodalite ecc..) che accompagnano i composti amorfi formatisi nel processo di geopolimerizzazione Studio della durabilit degli impasti terrosi Mettere a punto il metodo di trattamento superficiale con le soluzioni realizzate Studio delle capacit stabilizzanti