Percorsi Abilitanti Speciali Classe A016 Costruzioni...

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Materiali argillosi

Percorsi Abilitanti Speciali

Classe A016

Costruzioni, Tecnologia delle costruzioni e Disegno Tecnico

pro

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Roma, 28 febbraio 2014

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Materia prima

2 SiO2 Al2O3 2H2O + Fe2O3 H2O

In effetti però gli impasti di argille utilizzati sono molto eterogenei e sono predisposti a tollerare

la presenza di materiali di tipo diverso.

La principale virtù dell’argilla è quella di essere un materiale facilmente plasmabile e

modellabile: si tratta dei sedimenti a grana più fine presenti sulla superficie terrestre (<2μ).

La proprietà essenziale è la plasticità ovvero la capacità di acquistare, mediante l’aggiunta di

acqua, una lavorabilità tale che l’impasto possa assumere la forma, le dimensioni e le

caratteristiche prestazionali desiderate in maniera stabile (anche a seguito di contatto con

l’acqua).

Entro determinati limiti si tratta di una proprietà reversibile. L’argilla è in grado di assorbire

fino al 70% del proprio peso.

L’argilla è una roccia sedimentaria composta essenzialmente da silicato idrato di alluminio

(detto caolino) e da ossido di ferro (che conferisce al prodotto, dopo la cottura, il caratteristico

colore rosso).

Argilla.

ANDIL Associazione Nazionale degli Industriali dei Laterizi.

Percorsi Abilitanti Speciali – Classe A016

prof. Adolfo F. L. Baratta

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Materiali ceramici

Ceramiche

Pasta porosa

Pasta compatta

Terracotta

Laterizi

Maioliche

Gres

Porcellane

800°

2000°

Refrattari

vetrina

1000°-1250°

1350°

Clinker

1200°-1300°

800°-1150°

I prodotti a pasta porosa, ovvero permeabili, sono facilmente scalfibili e soggetti ad una

maggiore usura. I prodotti a pasta compatta, ovvero impermeabili, hanno notevole resistenza

alla scalfittura e quindi all’usura. La compattezza della pasta dipende dalla composizione

dell’argilla e dalla temperatura di cottura.

Bertolini, L. Materiali da costruzione, Città Studi Edizioni, Novara 2006.



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Cenni storici

Il laterizio è un materiale da costruzione

artificiale, vario per forma e dimensione,

ottenuto dalla cottura di argilla

opportunamente preparata, modellata,

essiccata e cotta.

Le prime testimonianze dell’utilizzo del

laterizio in un insediamento urbano risalgono

all’VIII millennio a.C. e si riferiscono alla città

di Gerico, in Giordania: tuttavia si trattava di

elementi di argilla cotti al sole.

È con l’architettura romana che si giunge ad

una canonizzazione definitiva della tecnica

costruttiva in laterizio: il mattone era

prevalentemente utilizzato per realizzare

murature tripartite (dette opus testaceum)

costituite da due paramenti in laterizio

necessarie a contenere il nucleo centrale della

muratura realizzato in conglomerato

cementizio.

Muro con elementi in laterizio, Gerico (PS).



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Cenni storici

Alla cottura dei mattoni si arrivò,

probabilmente, intorno al I sec. a.C., grazie

all’abilità delle maestranze romane che ne

definirono i metodi.

I laterizi destinati alla cottura erano

fabbricati con argilla impastata con acqua e

spesso con sabbia, paglia o pozzolana fine in

modesta quantità.

L’impasto compresso a mano in una forma

parallelepipeda di legno, veniva fatto

essiccare all’aria, infine, venivano cotti nelle

fornaci alla temperatura di circa 800 °C.

Mercati Traianei, II sec. d.C., Roma (I).



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Processo produttivo del laterizio

In generale, la produzione di laterizi comporta le seguenti fasi:

1. Estrazione dell’argilla

L’estrazione di argilla si ottiene meccanicamente in cave a cielo aperto, in giacimenti

superficiali o poco profondi.

2. Preparazione

La fase di preparazione consiste in una serie di operazioni attraverso le quali si ottiene un

impasto omogeneo. Si divide in quattro fasi: stagionatura (esposizione della materia prima agli

agenti atmosferici per almeno 15 giorni), cernita (scelta della materia prima previa eliminazione

di eventuali sostanze estranee), macinazione (frantumazione del materiale fino a renderlo della

grandezza necessaria) e impasto (formazione della pasta acqua argilla).

Alcune delle fasi iniziali di estrazione e preparazione dell’impasto di argilla.

Fabbri, B. ; Dondi, M. La produzione di laterizio in Italia, Faenza editrice, Faenza 1995.



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Argille magre e grasse

L’argilla, a seconda della composizione, può essere classificata in:

1. argilla grassa, se prevale la parte attiva e quindi le particelle finissime;

2. argilla magra, se prevale la parte inerte costituita da minerali allo stato cristallino.

Se l’argilla è troppo magra l’impasto risulta difficilmente lavorabile e, soprattutto, non resiste

alle alte temperature; viceversa, l’argilla troppo grassa subisce in fase di cottura un ritiro

eccessivo e quindi la formazione di tensioni interne e screpolature superficiali.

Nell’antichità i prodotti smagranti utilizzanti,

prodotti necessari a evitare che si compromettessero

la morfologia, le dimensioni e la resistenza

meccanica dell’elemento, erano la paglia (che ha una

buona resistenza a trazione) e lo sterco di vacca;

attualmente i più diffusi sono la sabbia di quarzo, le

polveri di roccia calcarea, le polveri e le sabbie di

pietra naturali e il vetro in polvere.

Prototipo in pasta di argilla troppo grassa: già in fase

di essiccazione l’elemento ha manifestato un forte

ritiro con conseguenti lesioni e screpolature.



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Laterizio alleggerito in pasta

Un possibile additivo dell’argilla è quello necessario alla formazione

di piccole cavità uniformemente distribuite.

Il laterizio alleggerito in pasta o alveolato o porizzato è

un’innovazione degli anni sessanta-settanta dello scorso secolo: si

tratta di una novità, favorita dalla crisi energetica di quegli stessi

anni, che permette di ottenere degli alveoli, fra loro non

comunicanti, diffusi uniformemente nella massa di argilla.

La dimensione dei grani, che in fase di cottura vengono combusti

lasciando vuota la sede occupata, non deve essere superiore a 2,5

mm.

La densità del laterizio è mediamente di 1.600,0-1.800,0 kg/m3: con

l’alleggerimento tale valore scende a 450,0-800,0 kg/m3 (UNI

8942/1).

Gli additivi maggiormente utilizzati per la creazione di tali pori sono segatura, perlite,

polistirolo espanso, fango di cartiera e fibre di carta oltre agli scarti di carbone.

Alcune materie prime alleggerenti:

1. segatura di legno;

2. sansa di olive esausta;

3. microsfere di polistirolo espanso.

1 2 3



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Laterizio alleggerito in pasta

Il laterizio alleggerito in pasta è facilmente riconoscibile anche ad occhio nudo.



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Perlite

Struttura dei granuli evidenziata mediante immagini raccolte

con microscopio a scansione elettronica (SEM).

La perlite è una roccia vulcanica effusiva di colore variabile tra il grigio e il rosa, classificabile

dal punto di vista chimico-fisico come vetro siliceo.

Diversamente dalle altre rocce vetrose, la perlite ha la capacità di espandere il proprio volume

fino a 20 volte rispetto a quello originale quando viene portata ad elevate temperature,

prossime al suo punto di rammollimento: tale possibilità è dovuta alla presenza di acqua rimasta

confinata nella porosità chiusa della roccia per effetto del repentino raffreddamento in fase di

fuoriuscita del magma.

Quando viene sottoposta a temperature comprese tra gli 850 e i 1.000° C, la roccia si espande

per la vaporizzazione dell’acqua: in questo processo irreversibile si generano internamente ai

granuli delle bolle che conferiscono alla roccia espansa eccezionale leggerezza e ottimo

comportamento termico.

La struttura dei granuli è caratterizzata dalla presenza di

porosità aperte (canali) e chiuse (celle e cavità isolate):

viene impiegato per alleggerire il laterizio e il calcestruzzo.



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3. Modellatura

La modellatura può avvenire con blocchiere (per

ottenere prodotti per stampaggio) o con filiere (per

ottenere prodotti per estrusione).

La produzione con filiere (nata nei Paesi Bassi

all’inizio dell’ottocento), essendo continua, è più

economica di quella con blocchiera: si ricorre a

quest’ultima solamente nei casi di impossibilità di

produzione per estrusione (ad esempio piastrelle o

manti di copertura).

4. Essiccamento

L’essiccamento si ottiene per via naturale o

artificiale mediante il passaggio di aria calda e

secca tra gli elementi. Tale fase, che spesso

avviene recuperando l’aria dal forno, è necessaria

per evitare che la cottura di materiale umido

produca ritiri e fessurazioni.

In passato l’essiccamento avveniva all’aria aperta

mentre oggi vengono utilizzati essiccatoi statici (a

camera), continui (a tunnel) o rapidi (a rulli).

Estrusione con filiera.



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5. Cottura

Durante la cottura l’argilla perde la sua plasticità. La cottura avviene in forni Hoffman (a fuoco

mobile e materiale fisso, a pianta circolare o ellittica) o in forni a tunnel (a fuoco fisso e

materiale mobile disposto su carrelli). La cottura avviene a temperature comprese tra 900° e

1050°C e serve ad eliminare completamente l’acqua e, quindi, a stabilizzare definitivamente

l’elemento.

6. Stoccaggio o reggiatura

Una volta controllati, imballati e confezionati in pacchi montati su pallet, i prodotti, prima della

spedizione, vengono temporaneamente depositati in piazzali.

Cottura e confezionamento di elementi in laterizio.

Facincani, E. I laterizi, Faenza editrice, Faenza 2001.



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Forno Hoffmann

L’invenzione del Forno Hoffmann è dovuta a Hoffmann e Licht (1858): con il forno a fiamma

continua la produzione di elementi in laterizio conobbe una straordinaria evoluzione. Il forno è

formato da due gallerie, con volta curva in materiale refrattario; durante il funzionamento, le

gallerie sono chiuse da portoni e collegate da una apertura su ciascuna delle testate, in modo da

permettere il passaggio dei gas da una galleria all’altra. Il forno è diviso idealmente in quattro

zone la cui funzione è dettata dalla posizione dei bruciatori: zona di carico/scarico del prodotto

secco/cotto, zona di preriscaldo, zona di cottura vera e propria, zona di raffreddamento.

Il sistema di funzionamento è caratterizzato da una zona di combustione formata da bruciatori a

gas, olio o carbone che si muove mentre il materiale resta fermo. Questo tipo di forno, vista

l’impossibilità di automatizzare le operazioni di carico e scarico, è stato sostituito dal più

moderno ed efficiente forno a tunnel.

Galleria di un forno Hoffmann. Pianta.



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Fase di cottura

Carro forno con materiale cotto. Carro forno con materiale secco.

Nella fase di cottura si possono distinguere le seguenti fasi:

1. fino a 120°C si ha una perdita di acqua dell’impasto e quindi una reversibilità plastica;

2. tra 120° e 700°C si ha una perdita di acqua di combinazione e si rimane nel campo della

reversibilità plastica;

3. oltre i 600°C il ritiro aumenta notevolmente per l’avvicinamento dei granuli disidratati;

4. tra i 700° e i 1200°C si ha la solidificazione (i manufatti possono assorbire acqua in grande

quantità senza avere un’alterazione di stato) e si entra nel campo dell’irreversibilità plastica;

5. superati i 1200°C si ha la vetrificazione e fonditura dell’impasto.



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Colore del mattone

Il colore dei materiali ceramici dipende da:

1. la composizione dell’argilla (percentuali di ferro e manganese differente determinano un

colore che varia dal giallo ocra al rosso bruno);

2. il tempo di cottura;

3. la temperatura di cottura;

4. la percentuale di ossigeno presente nell’impasto.

All’uscita dal forno i laterizi possono essere suddivisi, a seconda del grado di cottura, in tre

categorie:

1. albasi, elementi poco cotti, di colore giallo, eccessiva porosità e scarsa resistenza meccanica;

2. mezzani o forti, elementi ben cotti, di colore rosso mattone, giustamente porosi;

3. ferrioli, elementi troppo cotti, di colore scuro, pesanti, parzialmente vetrificati, non porosi e

quindi con scarsa aderenza alle malte.

Laterizi con differenti soluzioni cromatiche.

“Oserei affermare che in fatto di

praticità costruttiva nessun materiale

è più conveniente del mattone: non

crudo beninteso, ma cotto; purché si

ponga la massima cura nel cuocerlo e

nel dargli la forma”.

Alberti, L. B.

De re aedificatoria, Genova 1452



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Estrazione

Preparazione

Modellatura

Essiccamento

Cottura

Stoccaggio

Stagionatura

Cernita

Impasto

Macinazione

Estrusione

Stampaggio

Diagramma delle varie fasi di produzione del laterizio.



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Riqualificazione delle cave

AA.VV. La riqualificazione ambientale delle cave d’argilla, Laterservice editore, Roma 2005.

Cava in fase di estrazione e riqualificata.



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Trasporto

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Puglia e

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20

30

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70

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Il ricorso a fonti di approvvigionamento distanti dalle fornaci può

comportare un forte impatto ambientale dovuto al trasporto di

materie prime. Fortunatamente la maggioranza delle Regioni non

denota problemi nel reperimento di argille in quanto le cave sono

per lo più (il 65% del totale) a meno di 10,0 km dagli stabilimenti.

Paolella, A. Architettura sostenibile e laterizio, Edizioni ambiente, Roma 2009.

Trasporto manuale e

meccanico.

Percentuale di cave situate ad una distanza dagli stabilimenti inferiore a 10 km.



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Demolizione

Hotel Post, Dobel (D): smontaggio della copertura e del rivestimento di facciata.

43% Pietra arenaria

8% Legno non trattato

6% Altro

2% Legno

3% Tegole in laterizio

37% Frazione mineraria

1% Metalli

Percentuali di materiali omogenei raccolti.

Demolizione con esplosivo.



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Impianti di trattamenti inerti

Materiale in

entrata

Controllo

merceologico

Pesatura

Stoccaggio

temporaneo

Materiale non

idoneo

Controllo

merceologico Terra naturale (4%

ca.)

Materiali ferrosi

(0,1% ca.) Deferrizzazione

Frazione leggera

(0,2%)

Selezione di

materiali inerti

Diagramma di funzionamento.

Impianto di Navacchio (PI).

Frantumazione

Alimentazione

Impianti R.O.S.E.



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Riuso e riciclaggio del laterizio

Alcuni esempi di lastre in laterizio e resina.

Scarti di laterizio per la produzione di campi da tennis.

Inerti naturali e riciclati.

AA.VV. Secondo rapporto ambientale dell’industria italiana dei laterizi, Laterservice editore, Roma 2005.



22

Riuso e riciclaggio

Pannelli di rivestimento per interni.



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Grobelny, A. e Carlier P. L., Residenze Taviel, Saint Omer (F) 1997

Baratta, A. “Le ali della libertà: esperienza francese di demolizione selettiva di un penitenziario”, Materiali edili, Milano, n. 66

(ottobre-novembre 2005), pp. 66-71.

Pianta piano terra.

Prospettiva.

Fronte principale.



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Grobelny, A. e Carlier P. L., Residenze Taviel, Saint Omer (F) 1997

Recupero e lavorazione degli elementi in laterizio.



25

Feiden Clegg Architects, Uffici, Garston (UK) 1997-98

Edificio per uffici realizzato con mattoni recuperati.



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Comportamento in uso: caratteristiche meccaniche

Il laterizio, così come i prodotti ceramici in genere, ha un’ottima resistenza a compressione ma

una scarsa resistenza a trazione e a flessione.

Un elemento pieno in laterizio (mattone) raggiunge un carico di rottura a compressione di 250-

350 kg/cm2 (25-35 N/mm2).

Un’importante proprietà dei materiali ceramici è la fragilità, ovvero il comportamento all’urto:

tale valore è direttamente proporzionato alla temperatura di cottura.

Un materiale fragile pur avendo una buona resistenza a compressione e/o trazione, deve essere

utilizzato per scopi strutturali con grande attenzione perché non ha una fase plastica: in un

materiale fragile la rottura si verifica con una separazione netta di strati adiacenti mentre in un

materiale che ha una fase plastica prima della rottura si verifica uno scorrimento tra strati

adiacenti che comporta una strozzatura del materiale.

Prova di compressione assiale su muratura.

Fabbri, B. ; Dondi, M. Caratteristiche e difetti del laterizio, Faenza editrice, Faenza 1995.



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Comportamento in uso: caratteristiche tecnologiche

Comunemente, per efflorescenze (dal latino efflorescĕre, cominciare a fiorire) si intendono quei

depositi biancastri che si manifestano sulle murature dovute ai Sali solubili che migrano in

superficie quando l’acqua nella quale sono contenuti si dissolve evaporando.

La condizione necessaria alla formazione delle efflorescenze è la presenza contemporanea di

Sali solubili, acqua e aria.

Dopo aver sciolto i Sali portandoli in soluzione, quando l’acqua evapora e il muro si asciuga la

soluzione salina si concentra in superficie, poiché la stessa acqua evaporando li porta verso

l’esterno, diventando deposito. Si tratta di una manifestazione che altera l’aspetto delle

murature faccia a vista, dal momento che il deposito avviene in superficie: molto più di rado

provoca delle scagliature del materiale che possono confondersi con quelle provocate dal gelo.

Il fenomeno deve essere comunque controllato anche nei casi di murature intonacate poiché la

cristallizzazione dei Sali in superficie, comportando una espansione, può essere causa di

distacco dell’intonaco stesso.

Fenomeni di efflorescenze su un paramento murario

in laterizio faccia a vista.



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I Sali che determinano le efflorescenze possono essere contenuti in eccesso nel materiale

(eccesso di solfati alcalini nell’argilla) o derivare dalla reazione dei solfati dell’argilla con gli

alcali del cemento. Nella muratura in laterizio le efflorescenze possono essere causate dalla

presenza della malta applicata tra i diversi corsi di elementi. Generalmente il fenomeno

dell’efflorescenza scompare quando i Sali contenuti nel materiale si esauriscono. I Sali che

danno luogo alle comuni efflorescenze biancastre sono i solfati di sodio e potassio (solfati

alcalini), il solfato di calcio, il solfato di magnesio, il carbonato di calcio e i cloruri di sodio e

potassio.

Fenomeni di efflorescenze e di umidità.



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Il salnitro (nome popolare del nitrato di

potassio), diffuso soprattutto negli edifici rurali,

viene spesso erroneamente abbinato

all’efflorescenza.

Si tratta di una combinazione di nitrato di

potassio, calcio e magnesio che si trova nel

terreno e che può migrare nelle murature non

correttamente impermeabilizzate favorito dalla

continuità esistente tra i vari strati.

Il diffuso nitrato di calcio cristallizza in

condizioni ambientali normali ed è fortemente

igroscopico, per cui provoca sulla muratura una

fascia umida mentre la parte sottostante appare

asciutta e non degradata.

A differenza delle efflorescenze, il salnitro non

sparisce quando i Sali scompaiono.

Gli effetti visibili del salnitro.



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Comportamento in uso

Jan Vermeer

La stradina, Delft (NL) 1659-1661.

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Il degrado per gelività si determina in relazione alla struttura microporosa del materiale.

L’acqua penetra inizialmente nei pori più grandi, dove gela a pressione atmosferica e a 0°C;

l’aumento di volume dovuto alla formazione di ghiaccio non produce, in questo caso, tensioni

tali da provocare rotture tuttavia determina la spinta dell’acqua liquida verso i pori più piccoli o

capillari (10-4÷10-6 m di diametro) dove gela a temperature tanto più basse quanto maggiore è la

pressione interstiziale. Nel processo di gelo e disgelo si determina, in corrispondenza dei

micropori, un affaticamento del materiale che ne provoca la rottura. Per questo i materiali con

elevata percentuale di pori di piccolo diametro sono meno resistenti al gelo di quelli con elevata

percentuale di pori di grande diametro.

Lo scartellamento è il tipico deterioramento da gelività.



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Un materiale può essere considerato durevole quando

la sua “vita in servizio efficiente” (performance) è

equiparabile al tempo richiesto dall'ecosistema per

riassorbire i vari impatti sull’ambiente a esso correlati.

In genere i materiali ceramici, se impiegati con gli

opportuni accorgimenti, hanno durata secolare.

Durata (in anni) di alcuni elementi edilizi.

0 20 40 60 80 100

Rivestimenti

Murature in laterizio

Impianti

Serramenti

de Klerk, M. Eigen Haard,

Amsterdam (NL) 1913-20.



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