ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 41 KEΦAΛAIO 4 ΦYΣIKOI ΛIΘOI 4.1 Προέλευση Φυσικών Λίθων, Πετρώματα Οι φυσικοί λίθοι είναι δομικά στοιχεία που αποτελούνται από κόκκους ύλης, συνδεδεμένους μεταξύ τους με ορυκτό συγκολλητικό υλικό, και κενά. Προέρχονται από τα θραύσματα των πετρωμάτων του στερεού φλοιού της γης. Η κατάταξη των φυσικών λίθων με βάση την προέλευσή τους ταυτίζεται με την κατάταξη των πετρωμάτων από τα οποία προέρχονται. Η ευρεία και λεπτομερής κάλυψη των πετρωμάτων αποτελεί αντικείμενο της επιστήμης της Γεωλογίας και ξεφεύγει από το σκοπό του παρόντος βιβλίου. Η συνοπτική περιγραφή που ακολουθεί δίνεται για λόγους πληρότητας (BPR 1950). Tα πετρώματα αποτελούνται από ένα ή περισσότερα ορυκτά (ουσίες με καθορισμένη χημική σύνθεση) και διαιρούνται ανάλογα με τη γεωλογική τους προέλευση σε πυριγενή (ή εκρηξιγενή), ιζηματογενή (ή στρωσιγενή) και μεταμορφωσιγενή (ή κρυσταλλοσχιστώδη). Tα πυριγενή, που είναι κατά κανόνα πολύ σκληρά και ομοιογενή πετρώματα, προήλθαν από την ψύξη και στερεοποίηση του διάπυρου μάγματος πάνω, κάτω ή κοντά στην επιφάνεια της γης και αποτελούν το 95% περίπου του στερεού φλοιού της. Aνάλογα με τον τρόπο σχηματισμού τους διακρίνονται σε πλουτώνεια, που στερεοποιήθηκαν βραδέως σε μεγάλο βάθος στο εσωτερικό του φλοιού της γης και δημιούργησαν κρυστάλλους σχετικά μεγάλου μεγέθους (π.χ. γρανίτης, συηνίτης, γάββρος, διορίτης), σε φλεβώδη, που στερεοποιήθηκαν συντομότερα και σε μικρό βάθος από την επιφάνεια της γης δημιουργώντας μικρότερους κρυστάλλους (π.χ. πορφύρης, δολερίτης, πηγματίτης), και σε ηφαιστειογενή, που στερεοποιήθηκαν ταχέως στην επιφάνεια της γης δημιουργώντας πολύ μικρούς κρυστάλλους ή άμορφη μάζα συμπαγούς ή κυψελωτής μορφής (π.χ. κίσσηρη, βασάλτης, διαβάσης, τραχείτης). Ανάλογα με την περιεκτικότητά τους σε SiO 2 τα πυριγενή πετρώματα διακρίνονται σε όξινα (SiO 2 > 65%), μέσα (SiO 2 μεταξύ 55-66%) και βασικά (SiO 2 < 55%). Η κατάταξη των πυριγενών πετρωμάτων βάσει της κρυσταλλικής δομής και της περιεκτικότητας σε SiO 2 είναι ιδιαίτερα χρήσιμη, διότι ο συνδυασμός όξινου χαρακτήρα και μικροκρυσταλλικής ή άμορφης δομής είναι αυτό που καθορίζει αν σημαντικές κατηγορίες
ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 42 λίθινων προϊόντων, όπως είναι τα αδρανή σκυροδέματος, είναι τρωτές στην αλκαλικότητα του σκυροδέματος. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1 Mέσες τιμές βασικών χαρακτηριστικών των κυριοτέρων πετρωμάτων. Πυκνότητα Yδαταπορρο- Θλιπτική Aνθεκτικότητα Πέτρωμα (kg/m 3 ) φητικότητα αντοχή σε διάρκεια (% κ.β.) (MPa) Πυριγενή Γρανίτης 150 Συηνίτης 2740 0.4 0 ιορίτης, Γάββρος 2900 230 Πορφυρίτης 0.5 250 Bασάλτης 3000 0.2 320 Bασαλτική λάβα 2250 7.0 100 ιαβάσης 2850 0.2 210 Iζηματογενή Aσβεστόλιθος 0.9 100 ολομίτης 1.1 0 Aργιλ. σχιστόλιθος 2750 0.5 150 Πτωχή Kροκαλοπαγή 1.2 70 Ψαμμίτης 2600 2.0 100 Mεταμορφωσιγενή Γνεύσιος 2750 220 Σχίστης 2850 0.4 200 Kρυστ. σχιστόλιθος 2750 0.5 280 Xαλαζίτης 210 Mάρμαρα 0.2 120 Σερπεντίνης 0.6 200 Tα ιζηματογενή πετρώματα, που αποτελούν το 5% περίπου του στερεού φλοιού της γης, παρουσιάζουν συνήθως διάταξη κατά στρώσεις και σχηματίστηκαν κατά έναν από τους ακόλουθους τρόπους: (α) καθίζηση και απόθεση ασβεστούχων, πυριτικών και άλλων διαλυμάτων στον πυθμένα θαλασσών ή λιμνών (χημικά ιζήματα, π.χ. γύψος, ανυδρίτης) (β) καθίζηση και απόθεση προϊόντων της βιολογικής λειτουργίας του ζωϊκού ή του φυτικού κόσμου (βιογενή ιζήματα, π.χ. ασβεστόλιθος, δολομίτης, γη διατόμων) και
ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 43 (γ) μεταφορά από τον άνεμο, το νερό ή τους παγετώνες διαφόρων αποθέσεων (μηχανικά ιζήματα). Ανάλογα με το αν τα σώματα που αποτελούν τα μηχανικά ιζήματα έχουν συγκολληθεί μεταξύ τους (με συγκολλητική ύλη όπως η πυριτία, το οξείδιο του σιδήρου, η άργιλος, το ανθρακικό ασβέστιο κ.τ.λ.) ή όχι, τα πετρώματα αυτά διακρίνονται σε συμπαγή ή θραυσματογενή (π.χ. κροκαλοπαγή, λατυποπαγή, ψαμίτης, φλύσχης, αργιλικός σχιστόλιθος) και σε χαλαρά (π.χ. κροκάλες, λατύπες, άμμος, άργιλος, ηφαιστειακές γαίες). Tα μεταμορφωσιγενή πετρώματα προέρχονται από αλλοιώσεις των δύο πρώτων κατηγοριών λόγω της επίδρασης θερμότητας, υψηλών πιέσεων, χημικών δράσεων υγρών ή αερίων κ.τ.λ. Παρουσιάζουν σχιστότητα ανάλογη αυτής των ιζηματογενών (π.χ. σχίστης, φυλλίτης) και κρυσταλλικό ιστό ανάλογο των πυριγενών (π.χ. γνεύσιος, μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος). Tα σημαντικότερα πετρώματα και βασικά χαρακτηριστικά τους δίνονται στον Πίνακα 4.1 (BPR 1950, Wendehorst 1975, Σίδερης 1984). 4.2 Φυσικοί Λίθοι Για να χρησιμοποιηθούν σε τεχνικά έργα τα θραύσματα των πετρωμάτων (φυσικοί λίθοι) είναι συνήθως απαραίτητη η κατεργασία τους. Ανάλογα με το σκοπό για τον οποίο προορίζονται και ανάλογα με την κατεργασία που έχουν υποστεί, οι φυσικοί λίθοι διακρίνονται σε αργούς, ημιλάξευτους, λαξευτούς, ογκόλιθους και πλάκες (Λεγάκις 1992). Οι αργοί λίθοι χρησιμοποιούνται όπως παράγονται στα λατομεία ή με μικρή μόνο κατεργασία κατά την τοποθέτησή τους για την καλύτερη προσαρμογή τους στις κατασκευές (όπως είναι, για παράδειγμα, οι ξηρολιθοδομημένοι τοίχοι αντιστήριξης). Οι ημιλάξευτοι λίθοι έχουν υποστεί κατεργασία μόνο στις επιφάνειες που είναι ορατές μετά τη δόμησή τους (π.χ. όψεις λιθοδομών, γωνιόλιθοι διασταυρώσεων τοίχων). Οι λαξευτοί λίθοι έχουν υποστεί επιμελημένη κατεργασία του σχήματος (που είναι συνήθως πρισματικό) και των επιφανειών τους. Έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε μνημειακές κατασκευές και κατασκευές όπου για λόγους αισθητικής οι λιθοδομές δεν έχουν καλυφθεί με επίχρισμα. Σε αντίθεση με τους λίθους των παραπάνω κατηγοριών που έχουν διαστάσεις της τάξης των 150-500 mm, οι ογκόλιθοι είναι αρκετά μεγάλου μεγέθους και έχουν υποστεί μικρή συνήθως επεξεργασία, χρησιμοποιούνται δε κυρίως για λιθορριπές σε λιμενικά έργα ενώ είναι ακατάλληλοι για δόμηση. Ως πλάκες (π.χ. σχιστόλιθοι, μάρμαρα) χαρακτηρίζονται οι φυσικοί λίθοι των οποίων οι δύο διαστάσεις είναι πολύ μεγαλύτερες από το πάχος. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν για στεγάσεις κτιρίων, επιστρώσεις δρόμων κ.ά., σήμερα όμως η χρήση τους έχει κυρίως διακοσμητικό χαρακτήρα (π.χ. επίστρωση δαπέδων, επένδυση τοίχων κ.τ.λ.). Οι πλάκες προέρχονται από ιζηματογενή (π.χ. αργιλικός και μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος) ή μεταμορφωσιγενή
ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 44 (π.χ. μάρμαρα) πετρώματα και ανάλογα με τη χρήση τους έχουν υποστεί διάφορα στάδια κατεργασίας (προλείανση, λείανση, στίλβωση). ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2 Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες Eλληνικών μαρμάρων. Πυκνότητα Yδαταπορρο- Θλιπτική Eφελκυστική Aντοχή σε Tύπος μαρμάρου (kg/m 3 ) φητικότητα αντοχή αντοχή από απότριψη (% κ.β.) (MPa) κάμψη (MPa) (mm) Πεντέλης λευκό Θάσου χιονόλευκο 2880 0.68 109 99 26 19 4.33 5.66 Ajax λευκό 2825 0.62 98 22 5.88 Bέροιας λευκό 0.02 99 21 6.94 Tρανοβάλτου λευκό 0.08 93 29 4.44 Zάστενας λευκό 2740 112 32 4.79 Nάξου κρυστάλλινο 0.13 108 25 4.81 Στενωπού λευκό 0.07 95 15 7.97 Aγίας Mαρίνας ημίλευκο 86 16 5.58 Kαβάλας κρυστάλλινο 2730 0.05 73 13 6.96 Φαλακρού όρους ημίλ. 97 5.84 Kαναλίων ημίλευκο 0.22 86 19 5.76 Πάρνωνος ημίλευκο 98 28 6.45 Πάρου ημίλευκο 2770 0. 91 6. Cipollino verde antico 2755 125 24 5.72 Πράσινο Tήνου imperiale 2670 0.48 128 34 3.21 Πράσινο Λάρισας 2800 0.41 113 24 2.50 Aλιβερίου γκρι 2715 0.10 95 17 2.94 Iωαννίνων μπεζ σπέσιαλ 2685 0.29 154 38 3.00 Λυγουρίου μπεζ 2755 0.11 92 6.12 Mυκηνών 96 4.25 Kαρναζεΐκων 0.26 98 3.22 Σκύρου 0. 83 5.12 Eρέτριας κόκκινο 2685 0.28 111 3.93 Rosso antico Mάνης 0.13 128 32 7.47 Eρμιόνης κόκκινο-καφέ 0. 97 16 3.83 Tροιζηνίας καφέ 0 92 4.35 Πτελεού ροζ 2630 121 32 7.12 Bυτίνας μαύρο 2800 94 19 3.76 Xίου καφέ 0.08 105 23 3.78 Όνυχας Kρήτης 0.09 73 6.68
ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 45 Τα μάρμαρα αποτελούνται κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο σε συνδυασμό με μικρή αναλογία οξειδίων, και έχουν ως βασικά χαρακτηριστικά τη λεπτοκοκκώδη δομή, την εξαιρετική επιφανειακή υφή (ιδιαίτερα μετά από στίλβωση) και τις πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες (π.χ. θλιπτική αντοχή, αντοχή σε απότριψη). Μερικές από τις ιδιότητες των κυριοτέρων Eλληνικών μαρμάρων δίνονται στον Πίνακα 4.2 (Bιάζης 1995). Οι φυσικοί λίθοι σήμερα βρίσκουν σχετικά λίγες εφαρμογές ως "αυτοδύναμα" υλικά δόμησης σε κατασκευές που φέρουν φορτία. Μια από αυτές αφορά τη χρήση τους υπό μορφή λιθοσωμάτων σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία (τα λιθοσώματα μελετώνται στο Kεφάλαιο 9 και η τοιχοποιία στο Kεφάλαιο 10). Οι σχετικές προδιαγραφές για τα φυσικά αυτά λιθοσώματα δίνονται στο Eυρωπαϊκό Πρότυπο EN 771-6. Το σημαντικότερο προϊόν των φυσικών λίθων αποτελούν τα λεγόμενα αδρανή υλικά. Tα αδρανή (χαλίκι, άμμος), που αποτελούν βασικό συστατικό του σκυροδέματος, προέρχονται κατά κανόνα από ιζηματογενή πετρώματα, που καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του στερεού φλοιού της γης (έναντι 25% περίπου για τα πυριγενή). Η μελέτη τους γίνεται στο Kεφάλαιο 6. Bιβλιογραφία Bιάζης, Γ. A. (1995). Tεχνολογία ομικών Yλικών, Aθήνα. Λεγάκις, A. A. (1992). ομικά Yλικά, τόμ. 1, Ίδρυμα Eυγενίδου, Bιβλιοθήκη του Tεχνικού, Aθήνα. Σίδερης, K. K. (1984). Tεχνολογία ομικών Yλικών, τόμ. A', ημοκρ. Πανεπ. Θράκης, Ξάνθη. BPR (U.S.A. Bureau of Public Roads Manual) (1950), The Identification of Rock Types. European Standard EN 771-6 (2011). Specification for Masonry Units - Part 6: Natural Stone Masonry Units, European Committee for Standardization. Wendehorst, R. (1975). Baustoffkunde, Verlag, Hannover.
ΦΥΣΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ 46