Analisi numerica del meccanismo di aderenza laterizio-srg

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CAPITOLO II 
“LATERIZIO”
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2. Introduzione 
I molti prodotti che si ottengono per cottura ad alte temperature delle argille vengono 
comunemente definiti “prodotti ceramici” e possono essere classificati in base alla 
porosità o alla compattezza della pasta oppure in base alla sua colorazione. 
I laterizi appartengono al tipo di prodotto ceramico a pasta porosa, di forma prestabilita 
ed usati in prevalenza nell’edilizia. 
La forma e le possibilità d’uso dei prodotti in laterizio sono state oggetto nel corso dei 
secoli di un continuo processo evolutivo, accelerato negli ultimi cinquanta anni in 
funzione delle nuove possibilità di produzione e delle nuove richieste da parte degli 
operatori, in relazione alla evoluzione delle tecniche costruttive. 
L’uso del laterizio è infatti antichissimo, basti pensare che molte costruzioni egiziane ed 
i grandi palazzi mesopotamici hanno alcune loro parti costituite da mattoni cotti in 
fornace. 
L’impiego del laterizio a fini strutturali si affermò, come logica conseguenza, per 
soddisfare le necessità costruttive in quelle regioni poste lungo le aree fluviali o lacustri 
che, prive o povere di altri materiali da costruzione primordiali, quali pietra e legno, 
avevano invece grande disponibilità di argille. 
L’elemento laterizio di gran lunga più noto ed universalmente usato è il “mattone”; non 
bisogna tuttavia sottovalutare l’importanza del “tegolo”, della “pignatta”, il laterizio di 
forma complessa per la costruzione del solaio, ed infine del “tavellone”, l’unico 
elemento che, al contrario degli altri, è fatto per resistere a “flessione” diventando così 
un utile complemento strutturale. 
Dietro questi semplici quattro termini c’è tutto un processo evolutivo del materiale e del 
suo metodo di produzione ed una notevole cultura del modo di costruire che ha lasciato 
molti segni positivi sul prodotto architettonico nei vari periodi storici, tali da costituire 
uno specifico linguaggio strutturale. 
Il processo che permetteva, e che permette tuttora, la trasformazione dell’argilla in 
mattoni utilizzava le proprietà plastiche del materiale proprie del suo stato colloidale. La 
preparazione avveniva compattando la materia prima con l’aggiunta di acqua ed 
additivi, affidando all’aria il compito di essiccarla e stabilizzarla. 
Alle mani dell’uomo, che inizialmente avevano fornito modello e misura dell’elemento 
in laterizio, si sostituì la formatura in stampi di legno di elementi regolari, che 
permisero una prima, seppur minima, produzione in serie. Questo tipo di produzione
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caratterizzò la muratura in laterizio differenziandola da quella precedente in conci di 
pietra, essendo caratteristica della prima l’indifferenza tipologica dei conci. Infatti 
all’interno di una muratura, per elementi tutti uguali, ciascuna posizione è simile ad 
un’altra, contrariamente a quanto avveniva nelle antiche costruzioni in pietra. 
Ulteriore passo in avanti fu garantito dalla possibilità di cuocere i laterizi in appositi 
forni; si andò così ad affiancare al mattone crudo il mattone cotto, il quale venne molto 
spesso usato in maniera complementare e non sostitutiva, forse semplicemente per un 
risparmio di combustibile. 
L’impiego degli elementi in laterizio è stato, da sempre, indirizzato a rispondere a 
sollecitazioni di compressione: pilastri, muri, ed anche strutture voltate, dove, attraverso 
la forma, i carichi verticali vanno a sollecitare, sempre a compressione, i vari elementi 
in laterizio. 
Non che questo materiale non sia in grado di sostenere sollecitazioni flessionali, solo 
che i valori caratteristici delle tensioni di rottura a flessione del laterizio, unitamente alla 
sua fragilità, ed ai limiti di lunghezza degli elementi (legati ai problemi tecnologici del 
processo produttivo) non ne hanno sin qui consentito l’impiego per elementi strutturali 
così sollecitati (architravi, travi, piastre). 
I blocchi pieni in laterizio si sono evoluti dopo l’invenzione della “mattoniera” che ha 
consentito di ottenere per estrusione (cioè facendo passare, a mezzo di un’elica rotante, 
l’impasto di argilla attraverso una piastra metallica detta “filiera”) elementi a sezione 
forata (Figura 1) ottenendo una organizzazione più razionale del materiale e di 
dimensioni maggiori. 
Figura 1:   Esempi di tipici elementi in laterizio forato 
 
I laterizi, come detto, sono materiali ceramici tradizionali, famiglia della quale fanno 
parte anche le piastrelle ceramiche per pavimento e rivestimento, i sanitari, i refrattari e 
la porcellane. In questo lavoro ci occuperemo essenzialmente del laterizio, della sua 
fabbricazione, utilizzazione, caratterizzazione e proprietà.
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2.1. I laterizi  
Si va quindi a descrivere il processo evolutivo del laterizio, con una più particolare 
descrizione del processo produttivo che permette di ottenere questo tipo di materiale, 
partendo dalle materie prime fino ad arrivare all’ultima fase che è la cottura, per poi 
classificare i laterizi in base alle normative vigenti. 
Queste verranno poi analizzate anche per quanto riguarda la definizione dei requisiti dei 
laterizi e delle prove che permettono di definirli. 
 
2.2. Fabbricazione 
In figura 2 si riportano le fasi attraverso le quali si perviene alla produzione di elementi 
in laterizio.  
 
 
Figura 2:  Schema esplicativo del ciclo di produzione di elementi in laterizio 
 
Materie prime. Sono essenzialmente marne sabbiose, contenenti una frazione 
argilloso-micacea, una frazione sabbiosa (quarzosa) ed una frazione calcarea, oltre ad 
altri componenti accessori, quali sostanze organiche, ossidi ed idrossidi di ferro, oltre ad 
impurezze di solfuri e solfati.
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L’impasto è formato, nella generalità dei casi, da una materia prima unica così come 
estratta dalla cava (nelle vicinanze della quale è ubicato lo stabilimento); talora questo 
“impasto naturale” viene corretto mediante additivazione o miscelazione con altre 
materie prime o chamotte. I costituenti mineralogici principali sono, per la fase 
argillosa, illite e caolinite, le quali possono indifferentemente prevalere; segue la clorite 
e, sempre scarsa, la montmonillorite. 
La frazione sabbiosa è costituita da quarzo; la sua incidenza è assai variabile, 
mediamente dell’ordine del 15-30%. Nella frazione sabbiosa sono spesso identificabili 
anche muscovite, biotite, ortoclasio, plagioclasio sodico. Variabili sono pure i carbonati, 
solitamente calcite, che può superare anche il 20%.  
Per quanto riguarda la composizione chimica, va sottolineata la presenza generalmente 
apprezzabile di ferro (spesso oltre il 5%, come Fe
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O
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) e di componenti dello zolfo. 
All’ossido ferrico è imputabile la colorazione rosa-rosso dei prodotti cotti, mentre alla 
presenza di solfati è riconducibile il rischio di efflorescenze. 
Preparazione dell’impasto. Viene generalmente effettuata mediante macinazione a 
secco ed umidificazione. Si possono utilizzare molazze, laminatoi, ecc. 
Per i laterizi a massa alveolata l’impasto viene additivato con materiali combustibili, 
quali sferette di polistirolo espanso, sansa di olive, frammenti di legno, pula di riso, ecc. 
Mediante miscelazione di argille di qualità diversa o mediante aggiunta di opportuni 
smagranti si porta il prodotto alla plasticità voluta. Questa non deve essere troppo 
elevata, perché ad un’alta plasticità si accompagna un eccessivo ritiro all’essiccamento 
ed alla cottura. 
Formatura. La maggior parte dei laterizi viene formata per estrusione. La pasta viene 
pressata contro un orifizio dal quale esce sotto forma di un nastro continuo; un filo di 
acciaio provvede a tagliare il nastro in pezzi della lunghezza desiderata. 
Nel caso delle tegole, il pezzo estruso viene successivamente sagomato mediante 
pressatura allo stato plastico. Per i mattoni pieni vi sono esperienze significative di 
formatura per pressatura di polveri, che permette di assicurare una migliore regolarità ed 
uniformità dimensionale dei prodotti, oltre che un più accurato controllo dell’uniforme 
qualità di questi. L’adozione di questa tecnologia consente anche interessanti risparmi 
energetici, soprattutto in essiccamento. 
Essiccamento. Viene effettuata in essiccatoi a tunnel, spesso funzionanti con aria di 
recupero dai forni.
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Deve essere condotto gradualmente per evitare deformazioni e screpolature. 
Negli impianti moderni si fa uso di essiccatoi continui a galleria, dove i mattoni, 
disposti su carrelli, si muovono in direzione opposta ad un flusso di gas caldi 
provenienti dai forni di cottura. In questo modo essi incontrano in un primo tempo gas 
praticamente saturi di vapore acqueo. L’acqua contenuta nei mattoni si riscalda senza 
evaporare e diminuisce così la sua viscosità, il che ne favorisce la diffusione verso la 
superficie nella susseguente fase di evaporazione che ha luogo a mano a mano che i 
pezzi da essiccare incontrano gas sempre più caldi e più secchi. 
Cottura. La temperatura di cottura dei comuni laterizi è intorno ai 950÷1000 °C. La 
durata del ciclo termico è dell’ordine delle decine di ore (è tanto minore quanto 
maggiore è la percentuale di foratura). 
Si impiegano forni continui classificabili secondo due tipi fondamentali: forni a fuoco 
fisso e materiale mobile, forni a fuoco mobile e materiale fisso. Nell’uno e nell’altro 
caso i fumi caldi della combustione servono a preriscaldare il materiale da cuocere, 
mentre il materiale cotto preriscalda l’aria di combustione. 
Esempio tipico di forno a fuoco mobile e materiale fisso è dato dalla fornace Hoffman, 
più o meno modificata. Essa (Figura 3) è costituita da una galleria anulare a pianta 
ellittica o a pianta rettangolare con raccordi semicircolari. 
 
 
Figura 3:  Fornace Hoffmann 
 
La galleria, di 2÷4 metri di lunghezza e di 2÷3 metri di altezza, è divisa in una serie di 
camere, il cui numero va da 12 a 24; ogni camera è munita di tre porte, due delle quali 
la mettono in comunicazione con le camere adiacenti, la terza con l’esterno. Nella volta 
delle camere sono praticate delle aperture per l’introduzione del combustibile solido o
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per l’inserzione di bruciatori spostabili ad olio combustibile. Ogni camera può essere 
collegata ad un collettore generale dei fumi che fa capo al camino posto al centro della 
fornace. 
I mattoni da cuocere, previamente essiccati, vengono caricati nelle camere attraverso le 
porte esterne, formando dei mucchi in cui essi sono disposti a gambetta, cioè i 
sottostanti sfalsati rispetto a quelli posti superiormente, in modo da consentire negli 
interstizi la circolazione di gas; nella zona centrale viene lasciato un pozzetto per la 
combustione. 
Il funzionamento è il seguente. Si supponga che la combustione abbia luogo nella 
camera n. 1, il collegamento al camino sarà aperto nella 6. Tutti i tramezzi che dividono 
una camera dall’altra sono aperti, meno quello fra la camera 7 e la camera 8. Tutte le 
porte delle camere verso l’esterno sono chiuse, salvo quelle delle camere 8 e 9, dove 
hanno luogo rispettivamente il carico del materiale crudo e lo scarico del materiale 
cotto. Da queste due porte entra l’aria di combustione, che percorre nel senso dei 
numeri crescenti le camere 10-14 piene di mattoni già cotti in via di progressivo 
raffreddamento, a spese dei quali essa si preriscalda. I prodotti di combustione, lasciata 
la camera n. 1, attraversano, per portarsi al camino, le camere 2-6 piene di materiale 
crudo, cui cedono una parte del loro calore sensibile. Terminata la cottura in 1 il fuoco 
viene portato in 2, si collega al camino la camera n. 7, si sposta la chiusura fra 8 e 9 e si 
inizia il carico della camera 9 e lo scarico della 10. 
Nelle fornaci Hoffman più moderne si tende ad eliminare i raccordi terminali (fornaci a 
teste tagliate), riducendo così l’insieme a due gallerie parallele, dove è più facile il 
carico e lo scarico meccanizzato del materiale. 
La cottura a fuoco fisso e materiale mobile si realizza nei forni a canale o forni a tunnel 
(Figura 4) 
 
Figura 4:  Sezione di un forno a canale
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Questi, come dice il nome, sono costituiti da una galleria rettilinea lunga 60-80 metri, di 
2,5-3 metri di altezza e di 1,5-2 metri di larghezza. La galleria è percorsa da rotaie sulle 
quali si muovono dei carrelli carichi del materiale da cuocere. I carrelli sono costituiti 
da piattaforme metalliche montate su ruote e ricoperte superiormente da uno strato di 
materiale refrattario; i bordi laterali sono ripiegati in basso e pescano in due canaletti 
pieni di sabbia che percorrono il forno in tutta la sua lunghezza. Le piattaforme dei 
carrelli sono accostate e parzialmente sovrapposte le une alle altre, così da dividere il 
forno in due parti nettamente distinte: la superiore, dove avviene la combustione e 
circolano i gas ed il materiale caldo; l’inferiore, relativamente fredda, dove sono situate 
le rotaie e la parte metallica dei carrelli. 
Il focolare si trova a circa 2/3 della lunghezza del tunnel. I gas combusti si dirigono 
verso il camino posto vicino alla porta dalla quale entrano i carrelli e passano così a 
contatto del materiale crudo preriscaldandolo. L’aria entra dall’estremità opposta e si 
preriscalda passando sui prodotti cotti. 
Il movimento dei carrelli è assicurato da un dispositivo a spinta. Ad ogni carrello carico 
di materiale cotto che esce da una estremità del forno, ne corrisponde un altro carico di 
materiale crudo che viene introdotto dall’altro capo. 
Il forno è completato da un raccordo esterno a forma di anello che riporta i carrelli 
all’entrata. 
Oggi la cottura viene effettuata prevalentemente in forni a tunnel, ovvero in forni a 
fuoco mobile e materiale fisso. 
 
2.3. I fattori di qualità in produzione 
Durante il processo di produzione i fattori connessi alla qualità del prodotto sono molti; 
un diagramma causa-effetto (Figura 5) permette di evidenziarne i principali in funzione 
delle diverse fasi.