3.3.13 “Sahara Noir”
5. Metodi e strumenti utilizzati per la caratterizzazione composizionale e delle proprietà fisico-meccaniche dei materiali lapidei impiegati da S2 S.p.a.
In generale, le rocce ornamentali devono possedere, oltre ai requisiti estetico-qualitativi sopradescritti, dei requisiti tecnici per poter soddisfare le diverse condizioni di utilizzo. Nella produzione di tavoli, come nel nostro caso, lo spessore delle lastre e le dimensioni dei piani dovranno essere progettati in base alla resistenza alla compressione ed alla flessione di ciascun materiale lapideo. Al fine di una corretta caratterizzazione petrografica dei materiali lapidei utilizzati, è stato svolto anche uno studio in sezione sottile al microscopio ottico a luce polarizzata. Per i marmi bianchi provenienti dall’areale estrattivo di Carrara si sono svolte anche analisi al microscopio elettronico a scansione (ESEM - Environmental Scanning Electron Microscope e BSE – BackScattered Electrons), mentre per altri materiali come “Sahara Noir” e “Rosso Rubino Venato” o “Rosso Levanto”, sono state eseguite analisi diffrattomertiche (XRD) al fine di conoscere le fasi mineralogiche presenti in maniera più dettagliata. Dal punto di vista fisico-meccanico sono state eseguite le seguenti prove: Point Load Test o prova di punzonamento e test di resistenza alla flessione.
5.1 Analisi composizionali: studio in sezione sottile, analisi diffrattometriche (XRD),
studio al microscopio elettronico a scansione (ESEM-BSE).
Lo studio in sezione sottile è stato condotto al microscopio ottico a luce trasmessa polarizzata Nikon Opthipot2-Pol presso l’Università degli Studi di Urbino. Sono stati presi in considerazione anche alcuni materiali lapidei che non sono più in produzione da S2 S.p.a. al fine di implementare la banca dati interna dell’azienda. In totale sono stati descritti ed analizzati 27 tipologie diverse di materiali lapidei (Fig. 5.1.1).
Fig. 5.1.1 – Campioni da cui sono state ricavate le sezioni sottili.
L’analisi al microscopio elettronico a scansione, ESEM-BSE Quanta 200 FEI (Università degli Studi di Urbino) ha riguardato i marmi bianchi provenienti dall’areale estrattivo di Carrara ed è stata eseguita su parallelepipedi di 3 x 3 x 1 cm (Fig. 5.1.2), con energia del fascio di elettroni impostata a 30 KeV. Le immagini presentate sono state acquisite in modalità elettroni retrodiffusi (BSE ‐ BackScattered Electron) mentre gli
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spettri composizionali dei minerali analizzati sono ottenuti in spettrometria a raggi X utilizzando un rilevatore a dispersione di energia (EDS ‐ Energy Dispersive System).
Fig. 5.1.2 – Campioni utilizzati per analisi all’ESEM-BSE.
Per alcuni materiali come “Sahara Noir” e “Rosso Rubino Venato” (“Rosso Levanto”) sono state eseguite anche analisi diffrattometriche ai Raggi X (XRD). Nel primo caso, sono state analizzate le polveri ricavate sia dalla massa di fondo che dalle venature: i risultati ottenuti sono stati successivamente confrontati con con i dati petrografici in sezione sottile e con i dati di letteratura disponibili. Per il “Rosso Rubino Venato” lo studio è stato condotto per verificare ulteriormente la composizione mineralogica delle venature, dopo che queste ultime hanno mostrato, in alcuni manufatti, un’insolita colorazione azzurra dopo le fasi di verniciatura e lucidatura. I dati XRD sono stati ottenuti con un diffrattometro Philips PW1830 con generatore PW3710 e catodo Cu a 30 mA e 40 kV presso l'Università degli Studi di Urbino Carlo Bo (Fig. 5.1.3). Le modalità di acquisizione sono state le seguenti: angolo di 2θ di 5-70 °, passi di 0,02 ° e un passo di scansione di 1 secondo per la composizione di massa.
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5.2 Point Load Test o prova di punzonamento
Il Point Load Test è stato eseguito su 10 provini di ciascun “marmo” utilizzato in azienda secondo le Raccomandazioni ISRM (Oggieri e Ferrero, 1994). I dati che si ottengono da questa prova meccanica possono essere indicativi per la stima di altri parametri di resistenza come la resistenza a trazione e alla compressione monoassiale. La prova fornisce, in realtà, un indice di resistenza al punzonamento Is (MPa) che viene opportunamente ricalcolato nei valori che si otterrebbero su un provino cilindrico di diametro standard D=50 mm (Is50). Questa trasformazione viene sviluppata allo scopo di ottenere valori di resistenza al punzonamento fra loro confrontabili, dal momento che i risultati derivanti dalla prova sono funzione delle dimensioni dei provini. Si è provveduto quindi a fornire una stima della resistenza a compressione monoassiale utilizzando la relazione proposta da Broch e Franklin, 1972. I provini di roccia qui analizzati, dimensionati in base al loro spessore fisso compreso tra 18.8 e 22 mm, sono stati sottoposti ad un carico (P) applicato attraverso 2 punzoni o coni d’acciaio (Fig. 5.2.1) e incrementato uniformemente fino a rottura (espressa in KN). Lo strumento utilizza sia provini con forma irregolare che regolare. Nelle prove eseguite sono stati utilizzati campioni di forma rettangolare con dimensioni medie di circa 20 mm di spessore (D) e 23 mm circa di larghezza (W), come mostrato nelle Fig. 5.2.2 e 5.2.3.
Fig. 5.2.1 - Point Load Test: il provino è posizionato tra due coni d'acciaio.
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Fig. 5.2.3 – Alcuni provini utilizzati per il Point Load Test.
5.3 Prova di resistenza alla flessione
La resistenza alla flessione è la resistenza opposta dai materiali lapidei alle sollecitazioni tendenti ad incurvarli; è una proprietà che permette di eseguire appropriati controlli di stabilità e sicurezza statica su elementi sottoposti a sollecitazione meccanica. Secondo la normativa UNI EN 12371:2010 le dimensioni dei provini su cui eseguire le prove sono le seguenti:
- lo spessore h può essere compreso tra 25 e 100 mm; - la lunghezza L sarà 6 volte lo spessore;
- la larghezza b tra 50 mm e 3 volte lo spessore e mai inferiore ad esso; - la distanza l tra i coltelli 5 volte lo spessore.
Le misure dei provini utilizzati per queste analisi sono in media 150 mm (L) x 50 mm (b) x 20 mm (h). Tuttavia, poiché le lastre utilizzate per produrre tavoli da S2 S.p.a. hanno uno spessore compreso tra 18.8 e 22 mm circa, i risultati di questa prova, per quanto indicativi della resistenza alla flessione, non possono essere accompagnati da certificazione UNI EN. La prova consiste nel porre il provino su due appoggi di forma cilindrica e di caricarlo progressivamente nel suo punto mediano applicando un carico aumentato uniformemente attraverso un cilindro o coltello superiore (Fig. 5.3.1).
La resistenza alla flessione Rf di ogni provino, espressa in MPa o in kg/cm2 viene determinata dalla seguente
formula:
𝑅𝑓 = 3𝐹𝑙 2𝑏ℎ2
dove:
F = carico di rottura del provino registrato dall’apparecchio (N o Kg)
l = distanza tra gli appoggi (mm); nelle prove effettuate questa distanza è di 120 mm. b = larghezza del provino (mm)
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Fig. 5.3.1 – Prova di resistenza alla flessione; nel display in basso a destra (in giallo) il valore del carico di rottura registrato dalla macchina tramite la cella di carico (cerchiata in rosso).
A
B
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