Costruire in terra cruda

LORENZO FONTANA 
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1.1.2 Scala meccanica 
 
Si tratta dell’analisi delle caratteristiche resistenziali dei vari impasti di terra, ottenuti con le 
diverse tecniche. 
Questa scala intermedia lancia evidenti segnali di interferenza sia con le questioni 
microstrutturali, da cui dipende, sia con quelle tecnologiche, che da essa sono determinate. 
Qualità e quantità di argilla, grado di reattività del composto, presenza di colloidi e di sostanze 
organiche sono tutti elementi che influenzano la resistenza a trazione (coesione) e quella a 
compressione dei diversi impasti. Detta resistenza, a sua volta, unitamente all’entità del ritiro 
lineare e della quantità ottimale d’acqua, determinano la tecnica più adatta all’uso, il 
dimensionamento degli elementi ed infine la gestione del cantiere. 
 
 
Figura 2: I provini a compressione portati a rottura                                                                                
per la determinazione delle tensioni limite 
 
 
1.1.3 Scala di dettaglio tecnologico 
 
Si tratta della scala a cui vengono affrontati i problemi strutturali e quelli tecnologici. Non è 
possibile fare una precisa distinzione tra queste due categorie, dal momento che, negli edifici in 
terra cruda, strutture portanti ed elementi chiudenti tendono a coincidere, così da far coincidere 
anche, in qualche modo, elementi di confinamento ed elementi strutturali. 
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A questa scala è ancora rintracciabile l’influenza delle questioni chimico fisiche non soltanto di 
rimando, ossia tramite le considerazioni meccaniche, ma anche in maniera diretta: la resistenza 
all’acqua e all’umidità, per esempio, è una questione che vede chiamate in causa parallelamente 
la tecnologia e la chimica, in favore di un miglior comportamento meccanico. 
 
 
Figura 3: Un campione durante la prova di dilavamento 
 
 
1.1.4 Scala di progetto 
 
La definizione del progetto è ciò su cui convergono gli studi a tutte le scale. I piani su cui viene 
affrontata la questione sono due, tipologia e morfologia, ed entrambi risentono dell’influenza di 
tutti gli altri studi. Non si vuole qui sostenere che fisica, chimica, meccanica e tecnologia sono gli 
unici elementi che condizionano il progetto, perchè si tratta sempre di mezzi per raggiungere un 
fine, ma a questi mezzi è stato dato, nel presente studio , molto più spazio del normale. Questo 
avviene sia per dare un contributo alla ricerca del settore, sia perchè i materiali e le tecnologie qui 
utilizzati non appartengono alla prassi costruttiva consueta, motivo per cui gli aspetti pratici 
meritano una sperimentazione tale da poter sostituire la letteratura di settore, nel fornire i 
parametri di sicurezza e le indicazioni tecniche. 
 
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1.1.5 Scala globale 
 
Alle scale di cui si è parlato, se ne aggiunge necessariamente una più ampia, che chiamiamo qui 
“globale”, per utilizzare un aggettivo tanto in voga in questi ultimi anni. 
A questo ordine di considerazioni è dedicato ampio spazio nella terza parte del presente lavoro, 
per sostanziare gli studi pratici con argomentazioni di carattere generale.  
E’ a questa scala, infatti, che si può capire le ragioni che hanno portato ad orientarsi 
all’autocostruzione piuttosto che ad un processo per appalto, o all’uso della terra piuttosto che del 
cemento armato.  
E’ sempre a questa scala - e non ad altre - che si inquadra il concetto di cooperazione allo 
sviluppo, che muove progetti come quello qui presentato, in contrasto con il mero 
assistenzialismo rintracciabile nella maggior parte dei progetti riguardanti il terzo mondo. 
Sono, queste, questioni che forse a prima vista appariranno solo come divagazioni, all’interno di 
un lavoro di ricerca tra meccanica e tecnologia, ma si è ritenuto opportuno fornire un quadro più 
ampio, per poter verificare puntualmente l’utilità e gli scopi di quanto qui si discute. 
 
 
Figura 4: Struttura reticolare dell’argilla e composizione di volumi architettonici in terra:                                               
si tratta di due diverse scale di lettura di uno stesso oggetto. 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2 DEFINIZIONE E PROPRIETÀ 
 
I realized that to find another way I had to learn by using my hands 
P. Wojciechowska
1
 
 
 
Il termine “terra” viene utilizzato per designare un materiale costituito da un aggregato naturale  
di particelle minerali le cui dimensioni siano comprese all’interno di limiti prefissati, secondo uno 
schema convenzionale di classificazione. Dal punto di vista fisico chimico, 
 
le terre sono il risultato di un’alterazione fisico-chimica esercitata dagli agenti atmosferici sui materiali 
primari che costituiscono la crosta terrestre, le rocce e, a seconda del grado di alterazione, i granelli che 
le costituiscono possono essere totalmente disaggregati o debolmente cementati tra loro. Peraltro tutti i 
tipi di terra esposti per un lungo periodo all’azione degli agenti atmosferici tendono a sviluppare legami 
chimici sempre più saldi tra i granelli, cosicché depositi originariamente costituiti da particelle 
disaggregate tendono a trasformarsi gradatamente in rocce sedimentarie, fenomeno, questo, che prende il 
nome di diagenesi).
2
 
 
 
Figura 5: Alcune pietre prese dal sottosuolo, dove il weathering ha allentato i legami tra le particelle, annullando le 
caratteristiche meccaniche della roccia: è l’origine dell’argilla. 
 
                                                 
1
 [P Wojciechowska, 1995] 
2
 [R. Nova, 2002] 
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A complicare la creazione di un modello matematico del comportamento meccanico della terra 
che ne descriva il comportamento, vi sono numerose questioni, come: 
 
ƒ L’anisotropia del materiale 
ƒ L’eterogeneità delle particelle componenti 
ƒ La presenza di materiali organici 
ƒ La presenza di acqua interstiziale (umidità) 
ƒ La presenza di acqua di struttura (interna al reticolo cristallino) 
ƒ La distribuzione di aria all’interno del composto 
 
La definizione del modello matematico della terra è una questione di notevole complessità, che 
esula dagli scopi di questo studio, per cui ci limiteremo ad analizzare le semplificazioni proposte 
dalla moderna meccanica delle terre, per applicare tali semplificazioni ai sistemi di calcolo che di 
volta in volta saranno utilizzati: 
 
1) La terra viene trattata come un continuo solido; 
2) L’acqua viene trattata come un continuo fluido; 
3) Il continuo solido è deformabile ma incomprimibile ed assorbe tensioni di tipo σ
i,j
 
provenienti da carichi applicati o dai vincoli al contorno; 
4) Il continuo liquido è incomprimibile ed assorbe esclusivamente tensioni normali, sono 
cioè assenti le componenti di attrito o tensioni tangenziali; 
5) I due continui di cui sopra occupano lo stesso spazio ed agiscono in parallelo, e le tensioni 
(sia quelle della terra che quelle dell’acqua) sono calcolate sull’area dell’intero composto 
formato da acqua, aria e terra. 
 
Di conseguenza, in ogni punto si può definire uno stato di tensioni individuato dal tensore degli 
sforzi σ
i,j
 e uno stato di deformazione individuato dal tensore delle deformazioni ε
h,k
. 
Di conseguenza, con le debite semplificazioni, ci si riporta all’interno del campo della meccanica 
del continuo di Cauchy, potendo capire e prevedere il comportamento di ciò che a rigori sarebbe 
impossibile calcolare. 
 
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Figura 6: Terreno come aggregato di particelle 
 
Una delle caratteristiche più importanti delle terre è la distribuzione granulometrica. Si assumono 
come definizione le seguenti frazioni granulometriche: 
ƒ ghiaia: grani di dimensioni superiori ai 2mm 
ƒ sabbia: grani di dimensioni comprese tra i 0,75mm e i 2mm 
ƒ limo: grani di dimensioni comprese tra i 0,002mm e i 0,75mm 
ƒ argilla: grani di dimensioni inferiori ai 0,002mm 
ƒ colloidi: grani inferiori ai 0,001mm 
 
 
Figura 7: Aria, acqua e terra vengono considerati sistemi “in parallelo”, ossia elementi che occupano                              
lo stesso spazio nello stesso momento, e costituiscono un continuo solido 
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1.2.1 Il ruolo delle frazioni granulometriche 
 
Le frazioni granulometriche di una terra rappresentano le porzioni di grani dai diversi diametri 
tipici, la cui distribuzione influisce in maniera sostanziale sul comportamento meccanico.  
Le argille rappresentano la porzione più fine della terra, tanto da scatenare dei legami con l’acqua 
e con le altre frazioni granulometriche. La carica elettrostatica di questa frazione, fa si che essa 
attiri a sé le molecole d’acqua, per il fenomeno dell’igroscopicità.  
Si attribuisce all’argilla il ruolo che ricopre il cemento nell’impasto del calcestruzzo, ossia il 
ruolo legante. Il limo è la parte intermedia, e si distingue dalle altre frazioni solo per la differente 
grandezza dei grani, non per composizione chimica. Il ruolo del limo nell’impasto terroso è 
quello di riempire i vuoti tra i grani più grandi, dando compattezza al composto.  
Si tratta di una polvere abbastanza grande da non godere, se non in minima parte, delle proprietà 
coesive proprie dell’argilla. La sua composizione è mista organica ed inorganica. 
La sabbia e la ghiaia (quest’ultima del tutto assente nelle terre qui esaminate) sono inerti di medie 
e grandi dimensioni, la cui funzione è quella di dare un corpo, uno scheletro solido all’impasto, 
evitando fenomeni di ritiro e di spaccatura. All’aumentare della frazione sabbiosa, entro certi 
limiti, la terra perde proprietà meccaniche, per  guadagnare resistenza all’acqua ed al ritiro. 
 
 
Figura 8: Ghiaia, sabbia, limo, argilla e colloidi evidenziati dal “jar test” 
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1.2.2 Le qualità e le proprietà delle argille 
 
Come si è accennato, l’argilla si distingue dagli altri elementi solo per questioni granulometriche, 
non per composizione chimica. Questo significa che, a seconda degli elementi che si aggiungono 
ai pacchetti di silicio ed alluminio, si possono ottenere differenti qualità di argilla, ciascuna con 
proprietà differenti. 
Esistono argille più pure, come il caolino, la cui formula chimica è solitamente: 
 
Al
2
(OH)
4
Si
2
O
5
 
 
ed altre con più intrusioni, come la montmorillonite, che contiene un gran numero di sostanze 
estranee, per di più sistemate in maniera non ordinata: 
 
(Al
2-y
Mg
y
)(Si
4-x
Al
x
)O
10
(OH)
2
E
x+y
·nH
2
O   (per x maggiore di y) 
 
La montmorillonite aumenta il proprio volume fino a 8 volte, quando viene immersa in acqua, 
mentre l’illite, o le caoliniti, non raddoppiano neppure. Le conseguenze sono molto chiare, a 
livello di ritiro in fase di asciugatura. 
Le differenti qualità dell’argilla sono dunque dovute agli elementi chimici che si aggiungono ai 
due tipici (silice ed alluminio), e determinano differenti comportamenti meccanici, all’acqua e 
diverse reazioni alla stabilizzazione. 
 
 
1.2.3 I diversi tipi di terra 
 
Oltre alla diversa curva di distribuzione granulometrica e alla composizione chimica delle argille 
eventualmente presenti, bisogna considerare un grande numero di altri fattori, che portano la terra 
a comportarsi in un modo piuttosto che in un altro. 
Il numero e la complessità di questi fattori, tuttavia, risulta talmente alto da spingere chi si voglia 
occupare di ricerca applicata alle costruzioni a riconsiderare la questione dal punto di vista 
“effettuale” anziché “causale”, ossia a classificare le terre non in base alle loro caratteristiche 
microstrutturali e chimiche, ma in base al comportamento ed ai dati più facilmente distinguibili, 
di cui segue un rapido elenco: 
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Caratteristiche meccaniche: 
- Resistenza a compressione a secco 
- Resistenza a compressione a umido 
- Resistenza a trazione 
- Resistenza di coesione (trazione ad umido) 
- Resistenza alla flessione 
- Coefficiente di Poisson 
- Modulo di Young 
- Massa volumica apparente (o peso specifico) 
 
Caratteristiche idriche: 
- Gonfiamento 
- Ritiro al seccaggio 
- Permeabilità 
- Assorbimento 
- Congelamento 
- Imbibizione 
- Dilavamento 
 
Caratteristiche fisiche: 
- Colore 
- Calore specifico 
- Conduttività 
- Coefficiente di ammortizzazione 
- Coefficiente di riduzione acustica 
- Resistenza al fuoco 
- Infiammabilità 
 
 
1.2.4 Approfondimento: il modulo di Young 
 
Il modulo di elasticità, o modulo di Young “E”, rappresenta la costante di proporzionalità tra 
tensione e deformazione dei solidi hookiani (perfettamente elastici).  
E = s/e 
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Graficamente E è rappresentato dall’arcotangente del coefficiente angolare della retta s-e. 
 
 
 
Si noti però che il rapporto di proporzionalità diretta tra tensione e deformazione è una 
semplificazione ammissibile solo in campo elastico e solo per alcuni tipi di materiale. 
Le gomme, ad esempio, hanno un diagramma s-e per nulla rettilineo, dal momento che la quasi 
totalità della deformazione elastica avviene in un intervallo limitato di tensione, mentre prima e 
dopo il materiale risulta essere più tenace.  
 
 
 
I tessuti organici molli, invece, hanno un diagramma s-e simile ad una curva esponenziale, 
detto diagramma a “ J”, e ciò è facilmente verificabile provando a mettere in trazione un 
qualunque tessuto molle, come il lobo di un orecchio: basta esercitare una piccola forza per 
provocare grandi deformazioni, ma a forze doppie o triple non corrisponderà certamente un 
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allungamento doppio o triplo. L’incremento di deformazione diminuisce all’aumentare del valore 
della tensione. 
Il motivo di questo comportamento è da ricercare nelle grandi deformazioni a cui sono sottoposti 
i tessuti molli, poiché il corpo deve potersi muovere; essendo l’energia elastica rappresentata 
dall’area sottesa alla curva s-e, la curva a “J” minimizza l’accumulo di energia a parità di 
deformazione. 
 
 
 
Per la terra è valida la semplificazione data dalla formula E = s/e, che prevede E costante in 
tutto il campo elastico, o bisogna cercare un altro modello meccanico? 
Possiamo dire che ai fini pratici, per intervalli di s piuttosto ridotti, E può tranquillamente essere 
considerato costante, e la questione risulta essere piuttosto marginale, dal momento che in via 
normale il modello meccanico per le costruzioni in terra cruda è quello rigido, ossia il materiale si 
considera indeformabile.  
L’interesse di quanto sopra enunciato non risiede dunque nel calcolo delle deformazioni, quanto 
nel considerare che elementi quali ghiaia, sabbia o cemento tendono a far assumere alla terra un 
comportamento che accumula molta energia elastica 
mentre elementi quali paglia, calce, fibre vegetali, sterco, caseina ed in misura minore argilla e 
colloidi tendono a diminuire l’energia accumulata.