Consolidare e progettare i materiali lapidei

Intervenire sui materiali lapidei prevede una serie di operazioni successive, precedute da un’attenta ed approfondita analisi, di quelle che sono le caratteristiche proprie del materiale sul quale si deve intervenire.

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In relazione alla tipologia di pietra, alla patologia riscontrata, ed all’estensione ed entità del degrado, si può optare per un’operazione di consolidamento.

Consolidanti e protettivi: un solo prodotto?

Un materiale lapideo esposto all’atmosfera si degrada attraverso un processo che procede dall’esterno verso l’interno in modo progressivo. Nella maggior parte dei casi, e comunque sempre in relazione al tipo di pietra con cui ci si confronta, il deterioramento si accompagna alla formazione di croste nere superficiali dure e poco porose, al di sotto delle quali il materiale è decoeso e maggiormente poroso.
Le zone interne, invece, sono generalmente meglio conservate ed hanno una porosità notevolmente contenuta rispetto agli strati degradati sovrastanti. Per contenere ed arrestare il processo di disgregazione del materiale lapideo si può ricorrere all’impiego di prodotti consolidanti.
Difficilmente è possibile distinguere nettamente la funzione protettiva da quella consolidante superficiale.
Il consolidamento deve migliorare la resistenza meccanica del materiale lapideo (in particolare a trazione e compressione) mentre la sua struttura interna verrà modificata rendendo più difficile l’accesso di acqua e delle soluzione acide e saline.
Obiettivo principale del trattamento, dunque, è l’aumento della resistenza ai processi di alterazione, in particolare a quelli che avvengono con variazione di volume entro la rete di capillari e che comportano, quindi, sforzi meccanici a carico della struttura interna del materiale.
Nel caso in cui il prodotto consolidante abbia anche caratteristiche di idrorepellenza il trattamento ha anche funzioni protettive. In questo caso, infatti, il prodotto riduce la penetrazione nel materiale dell’acqua in tutte le sue forme con la conseguente diminuzione della probabilità dell’innescamento di processi di degrado connessi alla sua presenza.
Concettualmente, però, le funzioni e prestazioni del consolidante sono nettamente distinte da quelle di un trattamento protettivo.

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Preventivamente alla scelta del prodotto consolidante da utilizzare occorre effettuare una serie di operazioni conoscitive di fondamentale importanza:

  • indagine chimico-fisica e mineralogico-petrografica al fine di individuare la natura della pietra su cui occorre intervenire e le cause del suo deterioramento;
  • interpretazione dei dati raccolti per una corretta scelta della tecnica di pulitura da adottare;
  • eventuali incollaggi e stuccature preventive;
  • eventuale pre-consolidamento e protezione.

Nel restauro conservativo dei materiali lapidei il consolidante è quel prodotto che riesce a penetrare in profondità nel materiale migliorando sia la coesione tra le parti alterate del manufatto che le caratteristiche meccaniche del materiale e che consente l’adesione delle parti degradate al substrato sano.
La profondità di penetrazione del prodotto dipende:

  • dalla porosità del materiale;
  • dal tipo di prodotto consolidante;
  • dal solvente impiegato;
  • dalla modalità di applicazione.

In una pietra originariamente poco porosa e alterata solo superficialmente, ad esempio, è sufficiente che la penetrazione interessi solo i primi strati del materiale.

Villa Farsetti
Recupero dei materiali lapidei per Villa Farsetti

Caratteristiche di un consolidante

Un buon prodotto consolidante, impiegabile, dunque, anche in interventi di tipo conservativo, deve rispondere positivamente ad una serie di requisiti fondamentali:

  • Compatibilità fisico-chimica. Il prodotto deve essere compatibile fisicamente e chimicamente con la pietra su cui è applicato. Non deve, cioè, creare delle discontinuità nelle proprietà del sistema pietra-consolidante. Il suo coefficiente di dilatazione termica e la sua conducibilità termica debbono essere simili a quelli della pietra sana. A livello chimico il prodotto non deve innescare alcun tipo di reazione con il supporto trattato e non creare, di conseguenza, sottoprodotti di reazione quasi sempre dannosi per il manufatto;
  • Penetrazione. Il consolidante deve penetrare il più possibile in profondità e venire assorbito uniformemente dalla pietra. La richiesta di penetrazione è direttamente proporzionale alla profondità dello strato decorso;
  • Permeabilità. Il prodotto non deve occludere completamente i pori della pietra ma bensì riportare la porosità del materiale ai livelli caratteristici dei supporti sani;
  • Resistenza. Il consolidante deve resistere ai sali di neoformazione estranei alla pietra ed accumulatisi, con il tempo, sia all’interno che all’esterno della pietra stessa. Deve, inoltre, resistere agli attacchi atmosferici (pioggia, raggi ultravioletti, vento, ecc.), agli agenti inquinanti e mantenersi inalterato nel tempo;
  • Reversibilità. Molto si è discusso sulla effettiva reversibilità dei consolidanti per i materiali lapidei. Una sostanza consolidante può essere considerata reversibile se nel tempo rimane, almeno in gran parte, solubile in un certo solvente, che pur portandola in soluzione non intacchi, però il materiale lapideo originale. Non appare quindi possibile parlare di reversibilità totale in quando è praticamente utopico rimuovere completamente la sostanza applicata senza provocare effetti stressanti sul supporto. Appare, quindi, più corretto parlare di reversibilità di un consolidante lapideo intendendo la possibilità di renderlo solubile quel tanto che basta a consentire altre operazioni di restauro come la pulitura o l’eliminazione di eccessi di prodotto.
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Consolidamento delle murature in pietra

Il mercato dei consolidanti

Consolidanti inorganici

Caratteristica comune a tutti i consolidanti inorganici è la formazione di precipitati insolubili all’interno del materiale lapideo trattato. La scelta dello specifico prodotto da impiegare deve essere effettuata in relazione alla tipologia del materiale lapideo su cui occorre intervenire.
I prodotti della chimica inorganica hanno una notevole affinità con i materiali lapidei per ciò che concerne la struttura reticolare e le caratteristiche fisiche. Inoltre si caratterizzano per una durata nel tempo generalmente superiore alle sostanze organiche. L’applicazione prevede la precipitazione, all’interno dei capillari del materiale lapideo, di un nuovo composto, scarsamente solubile, come conseguenza della reazione del consolidante con qualcuno dei componenti del materiale lapideo stesso, con l’anidride carbonica o con l’acqua. Tale composto aderisce alle pareti dei vacui e dei capillari riducendo gli spazi vuoti.
Appartengono alla categoria dei consolidanti inorganici:

  • idrossido di bario o barite;
  • silicati alcalini;
  • calce e bicarbonato di calcio;
  • alluminato di potassio.

Tra i principali inconvenienti connessi all’impiego di questi particolari composti occorre ricordare:

  • scarsa resistenza agli stress meccanici;
  • scarsa efficacia in presenza di elevate e diffuse decoesioni;
  • scarsa penetrazione in profondità.
mura di cinta
Consolidamento delle mura di cinta del Castello di Compiano

Consolidanti organici

Questa tipologia di prodotto espleta la sua azione attraverso un elevato potere adesivo in grado di “saldare” tra loro i granuli decorsi del materiale lapideo.
Nella maggior parte dei casi i consolidanti organici sono anche dotati di proprietà idrorepellenti e quindi protettive nei confronti della superficie trattata. Tutti i prodotti di questo genere sono dei polimeri sintetici.
Una prima classificazione dei polimeri organici di sintesi, chiamati comunemente resine sintetiche o materie plastiche, può essere effettuata sulla base della struttura delle loro molecole che può essere lineare o reticolare tridimensionale.
Le sostanze organiche impiegate a fini consolidanti sui materiali lapidei possono appartenere a due classi distinte:

  • resine termoplastiche. Presentano una struttura lineare che garantisce loro flessibilità e solubilità in appropriati solventi. Il che garantisce una parziale reversibilità dell’intervento di consolidamento a fronte, però, di un ridotto potere adesivo;
  • resine termoindurenti. Si tratta di polimeri a struttura reticolare che conferisce loro un buon potere adesivo ma scarsa flessibilità e ridotte proprietà meccaniche.

Tutti i consolidanti organici si connotano, dunque, per una contenuta resistenza chimica che provoca, nel tempo, un deterioramento del polimero. Il fenomeno, si concentra, in particolare, nelle zone superficiali dove alcuni polimeri tendono ad ingiallire conferendo, al materiale lapideo, una colorazione diversa da quella originaria. Le resine di questo tipo, inoltre, si caratterizzano frequentemente per una notevole dilatazione termica rispetto a quella del materiale lapideo, differenza che può causare la formazione di fratture nel substrato.