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Materiali lapidei e loro degrado. Degrado fisico: -microtraumi durante la lavorazione; -uso errato della pietra (cfr. decorazioni, interferenza con altri.

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2 Materiali lapidei e loro degrado. Degrado fisico: -microtraumi durante la lavorazione; -uso errato della pietra (cfr. decorazioni, interferenza con altri materiali, es. ferro); -sforzi eccessivi a cui è stato sottoposto il materiale in opera; -effetti del vento:asportazione di parti superficiali; -effetti della luce che può innescare reazioni chimiche di ossidazione; -effetti dellaria o meglio dei suoi salti termici; -fisico -chimico -chimico-fisico -biologico rappresenta linsieme dei processi che modificano lassetto strutturale, morfologico ed estetico di un certo sistema.

3 variazioni termiche Tensioni meccaniche rocce cattive conduttrici di calore repentini cambiamenti di temperatura dilavamento effetti dellacqua infiltrazione solubilizzazione variazione del volume interno Il Solfato di sodio aumenta il suo volume del 300%. Efflorescenza salina Subflorescenza salina Superficie calda Interno freddo Sgretolamento, scagliatura, esfoliazione, rigonfiamenti. Degrado fisico

4 DISGREGAZIONE polvere o minutissimi frammenti ESFOLIAZIONE porzioni laminari sottili: sfoglie SCAGLIATURA parti di forma irregolare e spessore consistente e non uniforme: scaglie DISTACCO separazione di strati o di materiale diverso (intonaco) o allinterno dello stesso materiale (pietre - scagliatura, esfoliazione) EFFLORESCENZA Formazione di sali, sulla superficie RIGONFIAMENTO Sollevamento localizzato FRATTURAZIONE o FESSURAZIONE Separazione materiale che implica lo spostamento reciproco delle parti Tipologie di degrado fisico

5 Azione della temperatura Le variazioni di temperatura e gli sbalzi termici posso causare sollecitazioni meccaniche, quindi provocare contrazioni ed espansioni, diverse a seconda del diverso coefficiente di dilatazione, comportando variazioni dimensionali e volumetriche. I fenomeni che possiamo riscontrare sono: sgretolamento, scagliatura, esfoliazione, rigonfiamento.

6 Azione dellacqua Lacqua, interagendo con il materiale lapideo caratterizzato da una struttura porosa, nei suoi tre stati (solida, liquida, gassosa) è comunemente considerata la causa principale del degrado fisico. fenomeni: il dilavamento, lento processo di asportazione ed erosione del materiale; subfluorescenze ed effluorescenze saline, cristallizzazione dei sali solubili, alveolizzazione.

7 Caratteristiche geologiche del materiale Tessitura (granulometria) Tipologia dei materiali presenti -resistenza alla corrosione -Risposta alla variazione della temperatura

8 Degrado chimico. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O -> Ca(HCO 3 )2 CARBONATO DI CALCIO -> BICARBONATO DI CALCIO DURO INSOLUBILE ->> SOLUBILE CO2 provoca la solubilizzazione della calcite. La solubilità della calcite (marmo) aumenta con laumentare della percentuale di anidride carbonica disciolta in acqua. calcareacido carbonico ione calcioacido carbonico Ca(HCO 3 )2 -> CaCO 3 + CO 2 + H2O BICARBONATO DI CALCIO -> CARBONATO DI CALCIO SOLUBILE ->> POLVEROSO SOLUBILE (formazione delle croste nere) bicarbonato di calcio disidratazione II fase I fase ricristallizzazione

9 CaCO 3 + CO 2 +H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Calcite (carbonato Bicarbonato di calcio) poco solubile di calcio solubile LE ARGILLE LITICHE K x Al 4 (OH) 4 Si 8-X AlXO20 ּ H2O (con x <2 generalmente 1

10 IL GESSO SI LEGA A: OSSIDI DI FERRO CARBONE ESFOLIAZIONE OLI MINERALI DILAVAMENTO biodeterioramento licheni AZIONE FISICA AZIONE CHIMICA muschi deiezioni animali piante superiori alghe

11 Degrado chimico-fisico degrado chimico: Formazione di gesso Formazione di croste nere Variazione del volume Assorbimento radiazioni solari derivanti dalla combustione del petrolio e del carbone, gesso, composti bituminosi e ferrosi, quarzo e silicati, pollini e spore, idrocarburi pesanti che sono appiccicosi e neri. A strati, per depositi successivi. Shock termico parte nera più calda della parte bianca, tensioni che danno luogo a fratture. Condensa in giornate umide, le superfici delle opere darte si trovano a temperatura inferiore a quella ambientale. Rugiada Lacqua condensata contiene tutte le sostanze inquinanti presenti nellatmosfera, soprattutto acidi. Tempo di contatto molto lungo e man mano che lacqua evapora la soluzione si concentra.

12 la caratteristica comune a tutti i materiali lapidei, che ne condiziona il comportamento nel tempo, è la loro struttura porosa Ciò implica che allinterno del solido può essere presente H 2 O in tutti i suoi possibili stati di aggregazione

13 LH 2 O può penetrare nel corpo poroso per effetto capillare:i gruppi OH¯ presenti nel materiale esercitano una forza attrattiva nei confronti dellH 2 O (pressione capillare che aumunenta con il diminuire del diametro dei pori) Se la temperatura della pietra scende fino al punto di congelamento dellacqua, con formazione di ghiaccio, si verifica una variazione di volume Di conseguenza gli sforzi meccanici provocano MICROFRATTURE

14 Un meccanismo simile alla formazione dei cristalli di ghiaccio è la cristallizzazione dei sali solubili quando si verificano condizioni di saturazione cominciano a formarsi cristalli di sali entro gli spazi porosi causati da diminuzione di temperatura o evaporazione di acqua il fenomeno può avvenire allinterno della struttura porosa ( subfluorescenze ) causando esfoliazioni e distacco di croste superficiali e sulla superficie esterna ( effluorescenze )

15 I Sali solubili possono causare lALVEOLIZZAZIONE caratterizzata dalla presenza di cavità (alveoli), anche molto profonde, distribuite con andamento irregolare sulla superficie del materiale lapideo (naturale e/o artificiale); questo fenomeno è spesso spinto fino alla disgregazione e dalla polverizzazione dell'elemento lapideo Degradazione che si manifesta con la formazione di cavità di forma e dimensione variabili

16 si manifesta in: -materiali molto porosi; - in presenza di un elevato contenuto di sali solubili; - in zone climatiche dove sono frequenti fenomeni di rapida evaporazione delle superfici lapidee esposte alle intemperie.

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18 Gli alveoli sono spesso interconnessi ed hanno distribuzione non uniforme

19 - L'alveolizzazione è un fenomeno conseguente all'azione disgregatrice esercitata dalla pressione di cristallizzazione dei sali all'interno dei pori del materiale lapideo. Le soluzioni saline, infatti, formatesi in seguito ad assorbimento di acqua, tendono, in seguito all'evaporazione del solvente, a cristallizzarsi con conseguente aumento di volume; i pori del materiale lapideo subiscono pressioni superiori alle capacità di resistenza del materiale e si sfaldano.

20 - evaporazione rapida (forti correnti d'aria) - cristallizzazione profonda - In concomitanza dei seguenti fattori: + presenza di materiali porosi + elevato contenuto di sali solubili, (dal terreno o come aerosol) + rapida evaporazione della parete per effetto di forti turbolenze dell'aria - L'alterazione ha inizio generalmente attorno alle pareti dei pori, dove maggiore è l'evaporazione ed attorno a parti di discontinuità strutturale del materiale lapideo.

21 Azione del biossido di zolfo attacco a mattoni e malte alluminato tricalcico solfoalluminato di calcio aumento di volume dilatazione e la disgregazione della malta Solubilizzazione del calcio attacco a murature in mattoni Azione dellacido nitrico aumento di volume sgretolamento dei mattoni Precipitazione di nitrati

22 CROSTE E PATINE incrostazioni e patine marmi e calcari pietre varie es. Arenarie

23 CROSTE NERE Si formano in aree esposte ad inquinamento atmosferico, ma non soggette ad intenso dilavamento da parte delle acque piovane Il cemento è costituito gesso sotto forma di cristalli aghiformi, vengono inglobate particelle di natura eterogenea: ossidi di Fe cristalli di quarzo calcite particolato atmosferico particelle bituminose e carboniose Microscopicamente è osservabile una netta separazione tra lo strato degradato ( solfato di Ca) e la porzione di pietra sottostante non alterata

24 Come si formano: - SOLFATAZIONE DELLA CALCITE - 2 SO2 +O2 2SO3 SO3 + H20 H2SO4 H2SO4 + CaCO3 + H2O CaSO4. 2H20 + CO2

25 CONSEGUENZE volume maggiore di circa il 20% coefficiente di espansione termico che è 5 volte superiore maggiore affinità per le polveri e sostanze grasse minore traspirabilità della pietra

26 Conseguenze fisiche: tensioni rigonfiamenti esfoliazioni scagliature decoesione distacco maggiore suscettibilità alla corrosione

27 AREE O PATINE BIANCASTRE Si formano in zone in cui, a causa del dilavamento della pioggia, i depositi di sporco vengono continuamente asportati calcite ricristallizzata zone di degrado localizzato (puntinatura) Si rivelano microscopicamente come aree con deposito superficiale di CaCO3 in forma microcristallina e polverulenta di contorno irregolarmente frastagliato

28 MECCANISMI DI FORMAZIONE - DISSOLUZIONE / RICRISTALLIZZAZIONE DELLA CALCITE - CaCO3 + H20 + CO2 Ca(HCO3)2 calcio ( duro e poco solubile ) bicarbonato di calcio ( polverulento e solubile ) Il bicarbonato che si forma in parte viene asportato dalle piogge e in parte, essendo un sale instabile, riprecipita sottoforma di calcite per evaporazione dellacqua, formando la patina

29 AREE GRIGIE fase iniziale del degrado superficiale o zona con contatto limitato. aspetto e struttura intermedia tra le croste nere e le aree o patine bianche la pietra non presenta alterazioni macroscopiche degrado microscopico meno evidente che nelle croste nere Tipologia tipica di zone sottoposte a moderato dilavamento

30 CARATTERISTICHE SPESSORE IN MICROMETRI CaCO3 ( % parti in peso ) CaSO4. nH2O (% parti in peso ) CROSTA NERA AREA GRIGIA AREA CHIARA <

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32 Azione sui metalli Rame e bronzo SO2 e CO2 (con la formazione dei rispettivi acidi) Patine verdastre costituite da carbonati basici e solfati basici di rame Patine insolubili + acido solforico solfato pentaidrato solubile Fe + H2SO4 + O2 -> FeSO4 + H2O FeSO4 + O2 + H2O -> FeO(OH) + H2SO4 ferro Sale solubile

33 La corrosione (processo di ossido- riduzione) rappresenta la fase di ritorno alla condizione iniziale di massima stabilità – stato di minima energia

34 Corrosione Un elemento nella forma in cui si trova in natura (atomo, molecola o cristallo) ha n. di ossidazione = 0 (Fe, Cl, Na, S, O) Mg˚+ Cl˚ Mg²(Clˉ) Aumento n. di ossidazione diminuzione n. di ossidazione OSSIDAZIONE RIDUZIONE (agente riducente) (agente ossidante) OSSIDAZIONE: AUMENTO DEL N. DI OSSIDAZIONE PERDITA DI eˉ DA PARTE DI UN ELEMENTO Corrosione alla superficie e allinterno della struttura metallica (300 x)

35 Cloruri a parità di UR la velocità di corrosione cresce con la concentrazione di cloruri presenti. Facilitano la formazione della condensa e si sciolgono in essa (conduttori di seconda specie) Formano clorurati per es. nei bronzi,clorurati di Cu molto solubili

36 I due tipi principali di corrosione sono: La corrosione chimica: ad esempio la corrosione a secco in atmosfera ossidante ad alta temperatura. La corrosione elettrochimica: ad esempio la corrosione in ambiente marino. I processi di corrosione comportano la distruzione del materiale metallico

37 Sostanze inquinanti in particolare SO 2 SO 2 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 condensa acida che corrodeforma solfati (per es.nei bronzi solfati di Cu solfati di Pb ) Con laumento dellinquinamento si ha formazione preferenziale di solfato di Cu neutro molto solubile che verrà dilavato dalle piogge ( assottigliamento del metallo ) e una diminuzione dei solfati basici insolubili azione di dissoluzione e erosione della patina lungo le linee di scorrimento ZEBRATURA con zone bianche- anodiche con zone nere-catodiche

38 Corrosione batterica e da incrostazioni biologiche influenzano direttamente le reazioni anodiche e catodiche. Inoltre agiscono sulle pellicole di protezione superficiali dei metalli, producendo sostanze corrosive e depositi solidi. Possono essere: forme microscopiche, (ad es. batteri) e macroscopiche (ad es. alghe e crostacei). Corrosione dei metalli interrati è influenzata da fenomeni galvanici, da composizione chimica, contenuto di ossigeno e pH del suolo, dalla scelta della lega e dalle correnti vaganti.

39 Il suolo contiene acidi organici derivanti dall'humus è relativamente corrosivo per l'acciaio, lo zinco, il piombo e il rame. L'acidità totale di un terreno simile sembra essere l'indice migliore della sua corrosività, più del semplice pH. Alte concentrazioni di cloruro di sodio e di solfato di sodio in un terreno insufficientemente drenato lo rendono altamente corrosivo. Un terreno poco conduttore, con un basso contenuto di umidità, sali disciolti o entrambi, è in genere meno corrosivo rispetto a un terreno che conduce molto. Tuttavia, la sola conducibilità non è indice sufficiente della corrosività; un altro fattore rilevante è la polarizzazione anodica o catodica del suolo.


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