Piastrelle: resistenza meccanica e spessori

Piastrelle: resistenza ed estetica

Prodotti e prestazioni

Quando scegliamo un prodotto evoluto come un'automobile o anche un prodotto ad acquisto ripetuto come un capo di abbigliamento abbiamo imparato a non analizzare esclusivamente gli aspetti estetici. Sappiamo che le prestazioni tecniche sono altrettanto importanti e, qualche volta, sono proprio le prestazioni (pensa alle prestazioni di un'auto di formula uno) a rendere straordinario un prodotto, non necessariamente a discapito dell'estetica.
Da sempre la ricerca di efficienza e razionalità e della massima prestazione e durabilità ha portato ad innovazioni nei materiali per l'architettura, tra questi anche nelle piastrelle in ceramica.

Piastrelle e prestazioni

Quando scegliamo un prodotto evoluto come una piastrella, specie se in si tratta di grès di grande formato, comprenderne le prestazioni tecniche ci permette di scegliere e progettare correttamente un pavimento. Un determinato ambiente può necessitare di pavimenti che resistano ad un calpestio intenso, un altro ambiente può necessitare di piastrelle con superficie antiscivolo, altri ancora di pavimenti che resistano a presenza costante di acidi aggressivi.

Piastrelle e resistenza meccanica

Tra le diverse prestazioni di una piastrella merita una particolare attenzione la cosiddetta "resistenza meccanica" è quella di cui più si parla, spesso, purtroppo, a sproposito. Cercheremo qui di comprenderne sia il significato che l'utilità in termini di scelte progettuali e ti aiuterà a scegliere con maggiore consapevolezza le tue piastrelle in ceramica.

La letteratura di settore classifica le caratteristiche meccaniche in due grandi categorie: le caratteristiche massive e quelle superficiali, distinguendo in sostanza quelle che coinvolgono la piastrella nella sua interezza (massa) da quelle che ne interessano solo la superficie di esercizio.

Sono le caratteristiche tecniche massive quelle di cui ci occuperemo in questa pagina e spiegheremo quali sono i metodi di indagine che vengono adottati per determinarle. In particolare ci concentreremo sui metodi di determinazione della resistenza a flessione che ci consentono di trovare il carico di rottura a flessione.

La resistenza alla flessione

La resistenza alla flessione, o modulo di rottura a flessione R, è un parametro caratteristico di ogni materiale, e corrisponde alla massima tensione che un provino del materiale stesso, sottoposto ad una crescente sollecitazione di flessione in condizioni e con procedure ben definite, può sopportare prima di rompersi.

C'è chi si deforma e chi si rompe

Alcuni materiali reagiscono alla flessione con delle deformazioni plastiche, generalmente irreversibili, come per esempio i metalli. Ma non è questo il caso della ceramica che non è in grado di deformarsi: una piastrella oppone resistenza alla flessione conservando la propria rigidità fino ad arrivare, con l'aumento progressivo dello sforzo, alla frattura.

Resistenza a flessione e porosità

La resistenza a flessione è una caratteristica del materiale che costituisce la piastrella, e non definisce direttamente alcuna prestazione meccanica della piastrella stessa. Essa viene controllata per verificare la correttezza del processo produttivo adottato, in relazione al raggiungimento del voluto grado di consistenza e compattazione.

La resistenza a flessione, in linea generale, è tanto maggiore quanto più basso è l'indice di assorbimento d'acqua: per questo è importante conoscere la porosità delle piastrelle che abbiamo esaminato in uno specifico articolo.

Le piastrelle in ceramica si suddividono in varie famiglie e quella denominata "grès porcellanato" è più resistente (proprio perchè meno porosa) rispetto a prodotti del passato, come le monocotture o le bicotture. Chiaramente all'interno dei grès ne esistono di più o meno resistenti e generalmente questa caratteristica è collegata al prezzo della piastrella.

Durezza di una piastrella

La definizione corretta di durezza non coincide con il concetto che molti di noi hanno su questo argomento. Durezza è, infatti, la "resistenza di un materiale alla deformazione plastica localizzata".
Secondo questa definizione una piastrella da pavimento in grès potrebbe essere più dura della pentola che, cadendo, la rompe. La pentola, costituita da metallo, subisce infatti una "deformazione plastica" nel punto in cui impatta con il pavimento mentre la piastrella, che non riesce a deformarsi (e ad assorbire così l'energia) subisce una frattura.

Il carico di rottura a flessione è il carico che, applicato in condizioni e con modalità definite, porta alla rottura della piastrella sottoposta a prova. Il carico di rottura, per la sua stessa definizione, rappresenta una caratteristica prestazionale della piastrella, ed è determinato sia dalle caratteristiche strutturali del materiale costituente sia delle dimensioni della piastrella stessa.

Il carico di rottura tende ad aumentare, in particolare, all'aumentare del modulo di rottura del materiale e dello spessore della piastrella.

Elementi che incrementano o peggiorano la resistenza delle piastrelle

Il carico di rottura delle piastrelle posate in opera (incollate) è di gran lunga superiore a quello rilevato in laboratorio sulla sola piastrella. Infatti occorre tenere conto del contributo del massetto e del solaio su cui le piastrelle appoggiano che, non a caso, vengono detti "strati collaboranti". La cosa è intuibile, basti pensare a quanto si incrementa la resistenza di un foglio di carta semplicemente appoggiandolo su di una scrivania.

Ma ci sono anche fattori che peggiorano la resistenza delle piastrelle: sono i tagli ed i fori che vengono applicati sulla piastrella prima (o dopo) la posa. La presenza di tagli o fori indebolisce la lastra in ceramica che dovrà essere movimentata e posata con più cautela rispetto alla piastrella integra per evitare che si inneschino delle lesioni distruttive che generalmente si originano dagli angoli del taglio.

La frattura nelle piastrelle

La frattura è la divisione in due o più parti della piastrella a seguito della rottura dei legami che tengono uniti tra di loro atomi o molecole. Le rotture delle piastrelle vengono definite "fratture fragili" perchè il materiale si rompe senza deformazione plastica o con una deformazione talmente minima da essere trascurabile. Si distinguono dalle "fratture duttili" che, invece, danno luogo a deformazione plastica.

Altra osservazione: le fratture delle piastrelle sono generalmente piuttosto regolari, danno luogo a delle linee curve piuttosto precise a differenza di altri materiali che si sgranano rompendosi in modo irregolare. Una volta rimosse dal pavimento se si osserva il bordo si conferma una rottura precisa, i due corpi separati si presentano abbastanza lisci con, talvolta, degli elementi concoidi.

Metodo di misurazione della resistenza

Veniamo ora al metodo che viene utilizzato per verificare la resistenza a flessione di una piastrella in ceramica. Questa prova ci darà una serie di indicazioni molto importanti sulle caratteristiche tecniche, in particolare sulle resistenze meccaniche, della piastrella.

La piastrella viene collocata su due sostegni ed un carico crescente viene applicato al centro della piastrella. Il carico statico viene applicato in modo uniforme e con incremento costante, fino ad ottenere la rottura della piastrella. Si registra il carico di rottura F e si calcola il modulo di rottura attraverso una formula specifica.

Risultati diversi sulle stesse piastrelle?

Se sottoponiamo una serie di piastrelle dello stesso lotto produttivo il carico di rottura dovrebbe fornire valori abbastanza vicini tra di loro. In realtà può succedere che i carichi di rottura siano abbastanza differenti tra le stesse piastrelle. Questo come si spiega? Per capirlo occorre conoscere il processo produttivo delle piastrelle. In estrema sintesi sappiamo che l'utilizzo di argille, per quanto macinate finemente, possono dar luogo a porosità all'interno dell'impasto pressato ed inoltre possono esserci delle inclusioni di impurità.

Micropori ed inclusioni provocano rottura

La presenza di inclusioni e micropori possono dare origine a micro-cricche che poi si propagano più velocemente al momento della prova a flessione. Insomma questi "difetti" nel corpo della piastrella vanno a diminuire la resistenza intrinseca in quanto agiscono come concentratori di sforzi ed è per questo motivo che alcuni produttori di piastrelle investono tantissimo per riuscire ad ottenere un impasto privo di impurità. E questo spiega anche la differenza di prezzo tra piastrelle prodotte con tecniche più o meno accurate seppure esteticamente piuttosto simili.

La prova va ripetuta e si fa la media

La prova, per essere  attendibile se eseguito su un solo campione ma deve prevedere la ripetizione su più campioni della stessa piastrella. Per questo motivo non sarebbe corretto andare a definire un valore preciso del carico di rottura ma sarebbe preferibile parlare del valore medio e della varianza. Qualcuno parla anche di una "probabilità di rottura" appunto perchè non c'è un valore preciso in corrispondenza del quale una determinata piastrella si rompe.

Quali fattori influenzano la resistenza?

Abbiamo visto come il modulo di rottura, caratteristica del materiale costituente la piastrella, tende ad aumentare all'aumentare della compattezza, ovvero al diminuire della porosità. E come questa sia una cosa che distingue i produttori di piastrelle di alta qualità, sebbene sia tutt'altro che facile, per il cliente finale, comprendere questa differenza.
Ma quali sono gli elementi che ci possono rassicurare sulla "resistenza" di una piastrella?
Per esempio, una piastrella di maggiore spessore è più resistente?

La resistenza è funzione dello spessore?

Generalmente si: il carico di rottura tende ad aumentare all'aumentare dello spessore. Ad esempio, un raddoppio dello spessore porta, a parità di ogni altra condizione, ad un carico di rottura incrementato di quattro volte!
Questa regola, però, non vale sempre.
Va infatti ribadito quanto già detto e cioè che una piastrella realizzata con materie prime di bassa qualità, non ben macinate, pressate malamente e cotte con tempi e temperature insufficienti darà origine a grès porosi, con presenza di difetti nel corpo della piastrella che potranno dar luogo a fratture nonostante l'alto spessore.

Ambienti  rischio di sollecitazioni intense

In ambienti nei quali sono previste condizioni di esercizio con sollecitazioni meccaniche massive molto gravose, verrebbe spontaneo pensare di orientarsi su piastrelle ad alto spessore. Questo in linea di massima va bene anche se esistono piastrelle che, a parità di spessore, hanno resistenze meccaniche (e costi) molto differenti.
Ci sono produttori di piastrelle di ottima qualità che riescono a garantire, anche con spessori bassi, una resistenza equivalente a piastrelle di spessori superiori. Per chiarire questi aspetti rivolgiti al tuo progettista oppure al tuo negozio di piastrelle di fiducia e chiedi la scheda tecnica del grès dove troverai queste informazioni.

Conta anche la posa in opera

Andrà poi tenuto conto non solo del carico di rottura della singola piastrella ma anche della reale capacità di carico della medesima piastrella "in esercizio" e cioè una volta incollata e divenuta pavimento. L'esempio che facciamo spesso qui in negozio è quello del foglio di carta appoggiato su un tavolo. Il foglio di carta ha una resistenza pressochè nulla, eppure se ben appoggiato sul tavolo "acquista" la resistenza del tavolo che lo sostiene.

La "collaborazione" di massetto e collanti

La capacità di resistenza di una piastrella posata è maggiore, spesso alcune decine di volte, al carico che provoca la rottura durante la prova di resistenza in sede di laboratorio. Bisogna tenere conto della determinante collaborazione alla resistenza alle sollecitazioni meccaniche che la piastrella riceve dagli strati (massetto, sottofondo, solaio) ad essa collegati. Motivo per cui vanno fatti i controlli sul massetto prima di posare e vanno poi adottate tutte le possibili attenzioni per la perfetta posa in opera delle piastrelle. In particolare va consigliata la tecnica della doppia spalmatura curando di vibrare la piastrella per eliminare l'aria al di sotto.

Impatto di un corpo che cade

Una seconda famiglia di caratteristiche di resistenza è la resistenza all'impatto, definita anche resilienza. Si tratta della capacità della piastrella di subire un urto per la caduta di corpi solidi senza manifestare alterazioni irreversibili come rotture, fessurazioni o distacchi di materiale. La limitata attitudine delle piastrelle a resistere agli urti violenti è riconducibile alla fragilità propria del materiale. 

Urto = forza dinamica

A differenza della resistenza alla flessione che abbiamo visto essere una prova statica, la resistenza all'urto è una prova dinamica: il peso non viene incrementanto lentamente ma impatta sulla superficie in un tempo rapidissimo. Questo test ci aiuta a capire come la nostra piastrella resiste alla caduta di oggetti come bicchieri, pentole, attrezzi...
Per esempio se dobbiamo posare una piastrella nel garage di casa e se all'interno del garage facciamo piccoli lavori di bricolage è importante che la piastrella abbia una resistenza alla caduta (di attrezzi) elevata.

Resistenza agli urti: i test

Anche per la valutazione della resistenza all'impatto esistono dei test le cui modalità di svolgimento sono dettate da specifiche norme Uni. In estrema sintesi la prova consiste nel far cadere da una certa altezza una biglia di acciaio, di dimensioni e peso determinati, sulla superficie della piastrella. Anche in questo caso la prova da laboratorio ci darà un idea della resistenza della singola piastrella, ben diversa da quella di una piastrella ben incollata sul massetto. Abbiamo parlato di questo argomento qui: la resilienza nelle piastrelle.

Piastrelle e resistenza a fatica

Accenniamo solamente ad una ulteriore caratteristica di resistenza, quella a fatica, che generalmente viene calcolata su metalli ed altri materiali mentre raramente la si utilizza nel settore dei materiali ceramici.Quando si valuta la resistenza a fatica si analizza la capacità del materiale di subire, senza rompersi, dei movimenti di trazione-compressione, piegamenti o torsioni.
 

Quali fenomeni logorano il sistema pavimento

Magari non è così evidente a tutti ma gli edifici si muovono, subiscono assestamenti, cedimenti differenziati, movimenti dei solai, microscosse di terremoto. Questi fenomeni generano tensioni e danni sui pavimenti in piastrelle. Danni che non vanno confusi con quelli visti in precedenza.

Questi fenomeni sono più marcati in esterno dove si aggiungono anche i movimenti di trazione e compressione dovuti agli sbalzi termici che, in taluni momenti, possono essere anche violenti.

La rottura a fatica

Tutti questi fenomeni esercitano una azione prolungata nel tempo e mettono in tensione il pavimento. Non a caso parliamo di pavimento (inteso come sistema composto da massetto, collante e piastrella) e non delle singole piastrelle. Nel lungo termine queste tensioni portano a "rotture per fatica" che possono evidenziarsi nell'intero sistema oppure rivelarsi solo con delle fenditure nella superficie delle piastrelle e che, ripeto, non vanno confuse con la resistenza a flessione o agli urti.

I giunti

Questi fenomeni possono essere alleviati mediante la corretta progettazione, dimensionamento e realizzazione di giunti, sia perimetrali che di frazionamento del pavimento. I giunti funzionano come una sorta di ammortizzatore e, se ben progettati e dimensionati, accentrano su di sè le tensioni evitando che si scarichino sul pavimento. Il giunto si "sacrifica" per prolungare la vita del sistema-pavimento. Possono essere realizzati in diverse tecniche, le più diffuse sono due: l'inserimento di una barra con involucro plastico e anima siliconica all'interno del sistema pavimento oppure il taglio con disco flessibile e l'iniezione di sigillante siliconico all'interno della fenditura.

Innesco e propagazione della frattura

L'innesco della cricca generalmente sorge in corrispondenza di uno spigolo, di un taglio, di una colonna, di una griglia o di un sigillo (se all'esterno) e si percepisce al tatto con un microgradino sulla superficie della piastrella. Con la successiva dilatazione della fessura si andrà a fermare dello sporco all'interno che renderà evidente anche visivamente il fenomeno fessurativo.
La frattura, in una seconda fase, si propaga abbastanza rapidamente in direzioni che dipendono dalla tensione che ha provocato il fenomeno.

Quindi, come scelgo una piastrella resistente?

Evitare problemi e contestazioni

Abbiamo dedicato un lunghissimo articolo ai problemi che possono sorgere su un pavimento in piastrelle e che possono sfociare in contenziosi legali. In quell'articolo abbiamo anche visto come la gran parte dei problemi non si verificherebbero se il cliente finale si facesse consigliare dal proprio tecnico/progettista. Anche le domande sollevate dai lettori alla fine dell'articolo testimoniano come, molto spesso, i clienti acquistano in autonomia i pavimenti, trovandosi poi a fronteggiare problemi di ogni tipo. Insomma farsi affiancare dal proprio progettista di fiducia è il primo passo per non incorrere in errori.

Negozio di fiducia

Se non hai o non vuoi avere un progettista spero almeno tu abbia un negozio di fiducia, di cui conosci i proprietari o i venditori di show room. Se non ne conosci parla con amici che hanno ristrutturato casa e poi valuta le recensioni e studiati le loro realizzazioni per capire se sono preparati e professionali e se possono quindi consigliarti al meglio.
I negozi migliori, secondo noi, sono quelli locali, persone che vivono nel territorio, che ci mettono la faccia. Acquistare da grandi strutture (quasi tutte straniere) o da grandi brico non sempre è un affare, anzi. Quello che sembra un risparmio economico immediato si traduce quasi sempre in un magro affare: anche qui è sufficiente leggere un po' di recensioni per rendersene facilmente conto.

Posatori di qualità

Una volta acquistate le piastrelle "resistenti" che ti servono è necessario che il tuo progettista (il tuo negozio di fiducia) ti aiuti anche indicandoti un posatore capace di posarle al meglio ed utilizzando i prodotti corretti. Evita i posatori "pensionati" o quelli "in nero" perchè in caso di problemi non potrai fare nulla. Anche in questo caso quello che può apparire come un risparmio economico immediato si traduce spesso e volentieri in un boomerang.

10 anni di garanzia

Concludo l'articolo con un piccolo spot promozionale: noi della Fratelli Pellizzari suggeriamo sempre interventi "chiavi in mano" grazie al quale possiamo dare garanzia decennale. Dieci anni sono tanti e non siamo in molti a darti queste garanzie. Per farlo dobbiamo avvalerci di posatori professionali, che fatturano i loro interventi e che pagano le tasse sia più costoso. Ma solo così riusciamo a darti una garanzia che speriamo non serva mai.
Insomma siamo "obbligati" a lavorare al meglio in modo che il tuo pavimento risponda ai requisiti che ci chiedi e che non abbia problemi nel tempo.

Se hai bisogno di un pavimento resistente, scrivici!