La pietra ornamentale è uno dei materiali più sostenibili utilizzati nel settore edile, dei rivestimenti, della pavimentazione e in altre applicazioni. Risalente alle statue Moai dell'Isola di Pasqua, la sua popolarità è in aumento e, con le attrezzature adeguate, l'estrazione è diventata molto accessibile.
Negli ultimi vent'anni, la produzione globale di pietre ornamentali ha visto una rapida crescita, specialmente nei progetti edili dove gli architetti utilizzano sempre di più le varianti di colore, superficie e finitura che la pietra naturale può offrire. E, mentre l'uso della pietra è in aumento, la nostra capacità di tagliare e lavorare la pietra dura in modo più efficiente ha portato a un notevole ampliamento delle tipologie e dei colori dei materiali offerti al mercato.
Oltre al suo impiego nell'edilizia, la pietra ornamentale è utilizzata anche nella muratura monumentale, come materia prima per sculture, monumenti e lapidi. Attualmente, sette paesi (Cina, India, Turchia, Iran, Italia, Brasile e Spagna) coprono circa i due terzi della produzione mondiale di pietre ornamentali. In generale, si osserva una tendenza a utilizzare la pietra ogni volta che è conveniente, facendo così segnare un ritorno alle pratiche tradizionali.
Come conseguenza di questa crescente domanda, vi è sicuramente l'opportunità di sviluppare ed espandere il settore della lavorazione della pietra ornamentale (DSI) in tutto il mondo. Anche se le prospettive paiono favorevoli, lo sviluppo del DSI dipenderà soprattutto da variabili a livello locale come l'ubicazione, la qualità e l'idoneità delle cave di pietra, la disponibilità di finanziamenti per lo sviluppo o l'espansione di cave di dimensioni adeguate, nonché da questioni logistiche come la disponibilità di infrastrutture di trasporto adatte a mettere in collegamento i produttori con i clienti.
Pietra ornamentale è il nome dato alla roccia naturale che è stata estratta in cava e modellata in base a determinate dimensioni o specifiche per l'uso nell'edilizia, nelle costruzioni e nella realizzazione di sculture, monumenti e memoriali. In sostanza, il termine si riferisce a qualsiasi pietra che possa essere estratta in grandi blocchi e successivamente trasformata in lastre, blocchi, piastrelle o pietre da pavimentazione. Nella pratica non è ben definito il confine tra la classica pietra che ha un uso prevalentemente ornamentale e i materiali da costruzione naturali, in cui le caratteristiche fisiche delle rocce sono utilizzate per produrre pietre da costruzione di forma regolare.
Da un punto di vista storico, la produzione e l'utilizzo della pietra ornamentale risalgono a molto tempo fa, ad esempio ai monumenti del Mesolitico e del Neolitico in Europa, in Medio Oriente e in altre parti del mondo che sono stati chiaramente realizzati modellando la pietra. L'architettura classica greca e romana vanta elevate competenze nell'utilizzo della pietra ornamentale. Ad esempio, i Romani scoprirono e sfruttarono l'unica cava conosciuta al mondo di porfido viola per utilizzarla nelle colonne decorative del Tempio di Giove. Questo lavoro prevedeva l'estrazione in cava della pietra in pezzi grandi come colonne nelle Colline del Mar Rosso nell'Egitto Orientale, per poi trasportarli via terra e via mare a Roma. Anche elementi della Piramide di Cheope provenivano da lontano prima di essere tagliati con precisione, mentre altri esempi di muratura in pietra di alta qualità si trovano in ogni continente.
Le pietre commerciali più comunemente utilizzate oggi includono marmo, granito, ardesia e arenaria, ognuna delle quali è disponibile in una vasta gamma di caratteristiche estetiche e fisiche. Non si tratta in alcun modo di un elenco esaustivo dato che vengono utilizzare anche rocce come il calcare, il basalto, il gabbro, il travertino e il tufo, laddove siano considerate adatte per le loro proprietà. Di origine vulcanica, il tufo è essenzialmente una roccia molto tenera, ma facile da lavorare. Esempi del suo utilizzo spaziano da materiale da costruzione e rivestimento di molti edifici in Armenia alle gigantesche statue Moai dell'Isola di Pasqua. Le caratteristiche principali della pietra ornamentale che ne determinano la diffusione e l'utilizzo includono il colore, i motivi e la consistenza, la durevolezza e la disponibilità. Mercati diversi richiedono caratteristiche differenti in termini di qualità.
La pietra ornamentale viene estratta in cava per taglio o in altro modo per separazione di grandi blocchi di pietra dall'ammasso di roccia naturale. La dimensione del singolo blocco prodotto dipende da una serie di fattori, tra cui l'omogeneità della roccia stessa, la capacità dell'operatore della cava di gestire la pietra grezza e l'utilizzo finale richiesto per la pietra una volta sagomata. Una dimensione tipica del blocco potrebbe essere dell'ordine di 6 m3 (200 ft3), che si riferisce a un peso del blocco di 10-18 t, a seconda della densità. Il modo in cui viene gestita una singola estrazione in cava può variare enormemente.
Le caratteristiche fisiche dell'ammasso roccioso (la sua omogeneità e la presenza di linee di rottura definite, come la frattura o la laminazione regolare), le dimensioni della miniera e del mercato per i relativi prodotti nonché le disponibilità economiche dell'operatore giocano tutti un ruolo nella progettazione dell'estrazione e nella capacità della cava. In un'attività su larga scala, la prima fase della produzione consiste nel liberare singoli blocchi che possono contenere migliaia di metri cubi di materiale da banchi da cava di altezza pari o superiore a 10 metri.
Al contrario, una cava di piccole dimensioni può avere una capacità molto limitata, produrre blocchi grezzi del peso pari a 5-10 t e un'altezza del banco inferiore adeguata alla tecnica di produzione disponibile. Il principio generale, tuttavia, è lo stesso: produrre blocchi grezzi che possono essere trasformati in un prodotto di valore superiore. Visto in questo modo, il blocco grezzo è una risorsa preziosa di per sé e deve essere maneggiato con attenzione: i blocchi piccoli e irregolari frammentati risultano più difficili da commercializzare di quelli grandi. Di conseguenza, i blocchi di alto valore vengono trattati con delicatezza.
Ad esempio, alcuni operatori utilizzano un "cuscino" di terra o sabbia per sostenere blocchi di pietre grezze appena estratti durante la movimentazione in cava. Per i materiali più duri come il granito o altre rocce intrusive, i blocchi vengono generalmente separati dalla superficie della cava mediante la perforazione di una linea di fori accuratamente distanziati e allineati, quindi con l'inserimento di cunei e spessori (talvolta chiamati tasselli e chiavette). Spingendo i cunei nei fori in sequenza, la roccia si spacca lungo la linea dei fori, consentendo così di liberare il blocco. La roccia più tenera, come il marmo, può essere tagliata con seghe a filo diamantate, mentre i blocchi di calcare morbido (ma non cristallino) vengono spesso tagliati con seghe meccaniche. Grandi volumi di materiali come l'ardesia possono essere liberati utilizzando con attenzione esplosivi a bassa energia come la polvere nera, posizionati in fori predisposti lungo un banco in cava.
L'obiettivo, naturalmente, è quello di estrarre pietra grezza in quantità sufficiente senza romperla, cosa che la renderebbe inutile per la produzione di tegole o la realizzazione di monumenti. Piccole quantità di esplosivi possono essere utilizzate anche per liberare blocchi di materiale più duro dal fondo della cava. I blocchi di pietre vengono spostati dalla cava all'impianto di lavorazione utilizzando grandi pale a caricamento frontale e autocarri a pianale. I blocchi grezzi possono quindi essere stoccati in cava come scorte o essere immediatamente lavorati presso un impianto di fabbricazione; spesso sono integrati con l'operazione di estrazione in cava o vengono posizionati nelle vicinanze per ridurre i costi di trasporto.
I blocchi grezzi vengono sottoposti a una serie di fasi di lavorazione, a seconda del prodotto finale richiesto. Ciò comporta generalmente l'impiego del taglio a umido in blocchi di dimensioni precise o in lastre sottili con fili diamantati o seghe circolari, seguito, se necessario, da lucidatura o onatura.
Lo spessore delle singole lastre dipende ancora una volta dall'utilizzo finale: i rivestimenti architettonici o le pavimentazioni commerciali richiedono una sezione più spessa, ad esempio, del materiale destinato all'uso come pavimento interno domestico o rivestimento di pareti. Le singole cave sono spesso piuttosto piccole e alimentano la domanda locale. Inoltre, le aziende produttrici di pietre ornamentali dispongono a volte di diverse cave per differenti tipi di pietre o colori che lavorano a intermittenza, a seconda della richiesta specifica. I detriti di pietra inutilizzabili vengono frantumati e venduti come aggregato da costruzione.
Flessibilità e precisione di perforazione sono fattori chiave nella scelta dell'attrezzatura adeguata per la produzione di pietre ornamentali. La necessità di flessibilità deriva dalla tipica pratica di estrazione DSI, con singoli blocchi selezionati in base alla loro idoneità alla destinazione d'uso finale e alla probabilità che il blocco rimanga intatto mentre viene estratto dal fronte di cava. Di conseguenza, le attrezzature di perforazione devono essere molto mobili e maneggevoli, fornendo al contempo il livello di precisione di perforazione necessario in termini di rettilineità, allineamento e parallelismo dei fori per realizzare linee di rottura precise per la produzione di blocchi di alta qualità.
I diametri dei fori utilizzati per la perforazione DSI sono in genere inferiori a 45 mm, dato che lo scopo dei fori è quello di fornire una linea di rottura all'interno dell'ammasso roccioso per il taglio, piuttosto che contenere esplosivi, come nelle cave convenzionali. Tuttavia, i fori devono anche essere ravvicinati, in modo da migliorare la propagazione della crepa una volta iniziato il processo di incuneamento. Inoltre, la deviazione del foro deve essere ridotta al minimo per ottenere una rottura il più pulita possibile. Ciò a sua volta impone vincoli alla profondità del foro che può essere ottenuta con la perforazione a passo singolo a diametri ridotti, grazie all'impiego di aste di perforazione dotate di prolunga che hanno maggiori probabilità di provocare una deviazione crescente in profondità, se non sono presenti sistemi di controllo rigorosi.
A seconda dell'utilizzo finale previsto per il blocco grezzo, è perfettamente possibile utilizzare carri di perforazione convenzionali, come il carro idraulico FlexiROC T15 R di Epiroc, che ha un braccio singolo e offre un elevato livello di manovrabilità sia per la macchina stessa che per il posizionamento del braccio. La sua applicazione è un po' limitata, naturalmente, dal momento che può praticare un solo foro alla volta e l'inclinazione del braccio e della slitta deve essere reimpostata con precisione per ogni foro in sequenza. Per dare una risposta a questo tipo di problema si può passare ai sistemi di perforazione DSI personalizzati e specializzati che fanno parte della gamma Epiroc, come lo SpeedROC 1F. Dotato anch'esso di un braccio singolo e completamente indipendente, differisce dal FlexiROC T15 R destinato a usi più generici in quanto il suo braccio è dotato di un telaio guida che consente il movimento laterale della slitta della perforatrice con martello fuori foro.
Per questo motivo, la macchina è in grado di praticare una serie di fori di 3,5 m di lunghezza con una sola impostazione sul banco, riducendo i tempi di fermo macchina e garantendo una precisione di perforazione fino a 2,4 m di profondità in un solo colpo, o 9 m utilizzando aste di prolunga. Essere in grado di perforare più a lungo durante un turno si traduce naturalmente in una maggiore produttività, con lo SpeedROC 1F in grado di perforare fino a 400 metri lineari al giorno.
Per ottenere una produttività ancora maggiore è necessario utilizzare più di una slitta di perforazione su un carro di perforazione, come si trova sullo SpeedROC 2F e sullo SpeedROC 3F di Epiroc. Una macchina più grande dello SpeedROC 1F, è dotata di due e tre differenti slitte idrauliche di perforazione della roccia sul suo telaio guida largo 4 m, offrendo la possibilità di perforare fino a 1.000 metri lineari al giorno. È possibile praticare fori a passo singolo fino a 4 m, mentre la profondità massima del foro è di nuovo di 9 m. Il braccio estensibile consente la perforazione di file parallele di fori lungo un banco con un'unica impostazione, con il carro che può coprire una superficie massima di quasi 260 m2 senza essere spostato. La profondità del foro necessaria in qualsiasi applicazione specifica dipende dalle dimensioni del blocco da estrarre e si possono presentare situazioni in cui la perforazione e il taglio non sono possibili o in cui il blocco sarebbe troppo grande o la roccia non abbastanza compatta da resistere alle forze applicate durante il taglio. In questo caso, e supponendo che la roccia non sia troppo dura o abrasiva, il taglio con filo diamantato può rappresentare una soluzione.
Gli SpeedROC 1F, SpeedROC 2F, SpeedROC 2FA e SpeedROC 3F possono essere utilizzati anche per lavori accessori su blocchi estratti da un banco, sia praticando file di fori nel blocco sia eseguendo nuovi tagli. In ogni caso, l'obiettivo è quello di massimizzare la resa di un blocco riducendo al minimo la quantità di scarti generati, con fori di piccolo diametro e fili sottili per ottenere questo risultato.
