Materiali lapidei e loro degrado. rappresenta l’insieme dei processi che modificano l’assetto strutturale, morfologico ed estetico di un certo sistema. -fisico -chimico -chimico-fisico -biologico 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 dell’aria o meglio dei suoi salti termici;

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

Tipologie di degrado fisico 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 all’interno 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

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.

Azione dell’acqua L’acqua, 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.

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

Degrado chimico. I fase II fase CO2 provoca la solubilizzazione della calcite. La solubilità della calcite (marmo) aumenta con l’aumentare della percentuale di anidride carbonica disciolta in acqua. I fase ione calcio acido carbonico CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2 CARBONATO DI CALCIO -> BICARBONATO DI CALCIO DURO INSOLUBILE ->> SOLUBILE bicarbonato di calcio calcare acido carbonico II fase disidratazione ricristallizzazione Ca(HCO3)2 -> CaCO3 + CO2 + H2O BICARBONATO DI CALCIO -> CARBONATO DI CALCIO SOLUBILE ->> POLVEROSO SOLUBILE (formazione delle croste nere) bicarbonato di calcio

I MATERIALI CALCAREI CaCO3 + CO2+H2O ↔ Ca(HCO3)2 Calcite (carbonato Bicarbonato di calcio) poco solubile di calcio solubile LE ARGILLE LITICHE KxAl4(OH)4Si8-XAlXO20ּ H2O (con x <2 generalmente 1<x<1,5) Infiltrazione ioni H+ Slittamento dei piani Infiltrazione di acqua Gelo - Disgelo Effluorescenze saline Croste nere SO2 + O2 → SO3 + H2O SO3 + H2O → H2SO4 H2SO4 + CaSO4 + H2O → CaSO4 ּ 2 H2O + CO2

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

Degrado chimico-fisico Formazione di gesso Formazione di croste nere Variazione del volume 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. Assorbimento radiazioni solari Shock termico parte nera più calda della parte bianca, tensioni che danno luogo a fratture. Condensa in giornate umide, le superfici delle opere d’arte si trovano a temperatura inferiore a quella ambientale. Rugiada L’acqua condensata contiene tutte le sostanze inquinanti presenti nell’atmosfera, soprattutto acidi. Tempo di contatto molto lungo e man mano che l’acqua evapora la soluzione si concentra.

la caratteristica comune a tutti i materiali lapidei , che ne condiziona il comportamento nel tempo, è la loro struttura porosa Ciò implica che all’interno del solido può essere presente H2O in tutti i suoi possibili stati di aggregazione

L’H2O può penetrare nel corpo poroso per effetto capillare:i gruppi OH¯ presenti nel materiale esercitano una forza attrattiva nei confronti dell’H2O (pressione capillare che aumunenta con il diminuire del diametro dei pori) Se la temperatura della pietra scende fino al punto di congelamento dell’acqua, con formazione di ghiaccio, si verifica una variazione di volume Di conseguenza gli sforzi meccanici provocano MICROFRATTURE

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 all’interno della struttura porosa (subfluorescenze) causando esfoliazioni e distacco di croste superficiali e sulla superficie esterna (effluorescenze)

I Sali solubili possono causare l’ALVEOLIZZAZIONE Degradazione che si manifesta con la formazione di cavità di forma e dimensione variabili 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

materiali molto porosi; 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.

Gli alveoli sono spesso interconnessi ed hanno distribuzione non uniforme

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.

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.

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

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

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

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

volume maggiore di circa il 20% 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

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

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

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 dell’acqua, formando la patina

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

SPESSORE IN MICROMETRI CARATTERISTICHE SPESSORE IN MICROMETRI CaCO3 ( % parti in peso ) CaSO4 . nH2O (% parti in peso ) CROSTA NERA 200-1000 0-8 55-85 AREA GRIGIA 100-200 13-52 25-55 AREA CHIARA < 100 64-86 0-6

Azione sui metalli Rame e bronzo ferro 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 ferro Fe + H2SO4 + O2 -> FeSO4 + H2O FeSO4 + O2 + H2O -> FeO(OH) + H2SO4 Sale solubile

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

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)2 0 +2 0 -1 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 all’interno della struttura metallica (300 x)

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

I processi di corrosione comportano la distruzione del materiale metallico 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.

azione di dissoluzione e erosione della patina lungo le linee di scorrimento ZEBRATURA con zone bianche- anodiche con zone nere-catodiche Sostanze inquinanti in particolare SO2 SO2 SO3 + H2O  H2SO4 condensa acida che corrode forma solfati (per es.nei bronzi solfati di Cu solfati di Pb ) Con l’aumento dell’inquinamento 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

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.

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.