Razlike između tvrdih i mekih stijena
Postojanost u odnosu na atmosferilije
Razlika u mineralnom sastavu pokazuje se u kemijskoj postojanosti stijena. Stijene odnosno minerali iz skupine tvrdih stijena otporni su na kiseline odnosno na atmosfersko rastapanje pod utjecajem kiselih kiša. Te su stijene sporo topive i u alkalnim uvjetima, na kakve kod uobičajenih procesa ne nailazimo u prirodi.
Meke stijene su po svom kemijskom sastavu većinom kalcijev karbonat, koji se otapa u kiseloj okolini. Kako se takva atmosferska okolina može naći u većini urbaniziranih predjela, karbonatne stijene se otapaju jače ili slabije pod utjecajem kisele kiše i aerosola. To se prilično brzo pokazuje kao gubitak politure. Pored toga kalcijev karbonat reagira sa sumpornim oksidima iz zraka, koji tijekom oksidacije i u nazočnosti vode reagiraju svojim zrncima kalcita i nadomještaju ih kalcijevim sulfatom. Prema mineraloškoj terminologiji to se zove sadra. Sadra se počinje pojavljivati uzduž graničnog dijela kalcitnih zrnaca i prodire u dubinu. Rast sadre mehanički olabavljuje dodir između mineralnih zrnaca mramora i čini ih rahlijima te smanjuje njihovu koheziju i dovodi na kraju do raspadanja stijene. Meke stijene su u običnim atmosferskim uvjetima i manje otporne na mehaničko ispiranje. Posljedica su degradacijski procesi kao što su smanjenje kohezije stijene, ispadanje mekših dijelova ili čak i odlomljenih komadića stijene, izlučivanje manje stabilnog materijala iz žila i otvaranje tih žila te delaminacija i erozija površine.
Tipičan primjer su mramori, kod kojih se kao glavne primjese pojavljuju kremen, biotit i muskovit. Oni obično imaju oblik nalik pojasima, koji se neravnomjerno pojavljuju i zbog svojih mekih komponenti zapravo označavaju slabije zone stijene, u koje prodire voda. Posljedica reakcija – posebno onih sa biotitom – su novi produkti većega volumena, koji zajedno sa povremenim zamrzavanjem mehanički razgrađuju stijenu.
Česta pojava u tvrdim stijenama su i neravnomjerne točkaste ili nepravilne smeđe mrlje radi oksidacije pirita, koji se u stijeni pojavljuje kao akcesorni mineral. Nešto manje se mogu pronaći i produkti raspadanja biotita u silikatnim pojasima.
Među kemijske promjene u stijeni ubraja se i promjena njezine boje (izbljeđivanje) pod utjecajem UV- zraka, pri čemu se najčešće radi o oksidaciji organskih primjesa u mramorima ili vapnencima.
Gotovo sve kemijske reakcije pod utjecajem atmosferskih čimbenika – one nabrojene i neke, koje nisu spomenute – utječu na estetski izgled stijene.
Slika 1: Oštećeni pločnik, izveden od stijene premalo otporne na habanje.
Otpornost na habanje
Razlike u mineralnom i kemijskom sastavu koje utječu na tvrdoću i topivost stijene imaju odlučujući utjecaj i na neke druge važne fizikalne osobine stijena, koje utječu na njihovu iskoristivost za pločnike. Jedna od njih je otpornost na habanje, koja je prije svega u vezi sa tvrdoćom stijene i djelimice sa njezinom strukturom, to jest veličinom i oblikom mineralnih zrnaca te načinom njihove povezanosti. Tvrde stijene su u usporedbi sa mekima mnogo otpornije na habanje, tako da im je u prosjeku ta otpornost dva do tri puta veća. Stoga je naročito važno da se kod jako opterećenih i prohodnih površina odabiru one stijene koje imaju visoku otpornost na habanje, dakle – tvrde, polimineralne i po mogućnosti neravnomjerno zrnate stijene (slika 1).
Otpornost na zaglađivanje
Slična je povezanost između vrste stijena i otpornosti na zaglađivanje. Na jednako obrađenoj površini otpornost tvrde stijene na zaglađivanje bit će u prosjeku znatno veća od otpornosti meke stijene. Glavni razlog je u tome što su meke stijene prije svega monomineralne, sastavljene većinom od istovrsnog minerala (mramor od kalcita ili dolomita, vapnenac od kalcita), radi čega se stijena koja je nešto mekša može ravnomjerno zaglađivati. Tvrde stijene su u pravilu polimineralne, tj. sastoje se od više različitih minerala koji variraju po tvrdoći pa stoga i različito brzo erodiraju. Pritom nastaje određeni reljefni uzorak, koji osigurava hrapavost površine na duže vrijeme. Na slikama 2 i 3 su prikazane tipične mikrostrukture tvrde i meke stijene.
Slika 2: Tipična mikrostruktura tvrde stijene
Slika 3: Tipična mikrostruktura meke stijene
Otpornost na klizavost
Zahtijeva se takva površina kamenog pločnika, na kojoj ne postoji opasnost od klizanja u mokroj obući. U tom su zahtjevu obuhvaćeni kako mikrohrapavost svježe stijene, tako i njezina sposobnost da očuva tu mikrohrapavost. Oba svojstva nalaze se u tijesnoj vezi sa ranijim parametrom, otpornošću na zaglađivanje. Pritom odlučujući utjecaj ima zaključna obrada površine stijene. Učinak je takav, da niti jedna polirana kamena površina nje dovoljno otporna na klizanje. To dokazuju brojni primjeri doista prelijepih poliranih pločnika, prije svega onih u javnim prostorima, koji su na kiši, snijegu, a često i neovisno o atmosferilijama – ipak preventivno prekriveni tekstilnim oblogama, koje trebaju spriječiti padove i moguće neugodnosti u vezi s takvim događajima. Druge površinske obrade su manje riskantne. Jedna od najmanje riskantnih u tom smislu je plamenom obrađivana površina, premda ona opet ima neke druge slabosti (naginje akumuliranju prljavštine i stoga se otežano čisti).
Tvrdoća stijene
Važna mehanička osobina stijene je njezina tvrdoća, to jest sposobnost podnošenja opterećenja. Može se procjenjivati kao ugibna tvrdoća ili tvrdoća na pritisak i ukazuje na koheziju između osnovnih sastavnih dijelova stijene. Stijena mora očuvati svoju tvrdoću i nakon što se nađe izložena smrzavanju i zasićenju vodom. Parametar označava podlogu za projektiranje odgovarajuće debljine pojedinih elemenata stijene. Općenito se može reći da je tvrdoća veća kod metamorfnih i magmatskih stijena nego kod granitnih. Meke stijene iskazuju manju tvrdoću. Uzroci za to su različiti: dijageneza (stvrdnjavanje) sedimenta je slabiji proces od metamorfnih i magmatskih procesa, a mogu biti nazočne i anizotropne pojave kao što je slojevitost (slika 4), fosilni ostaci, žilice i drugi ostaci koji označavaju slabija područja u stijeni na kojima dolazi do loma ploče.
Slika 4: Lom ploče po raspuklini
Sposobnost upijanja vode i poroznost
Ovdje riječ »sposobnost« nema pozitivne konotacije, jer – što je veća sposobnost upijanja vode, stijena je poroznija. Naime, upravo je voda glavni uzročnik propadanja kamena. Njezino djelovanje je prije svega fizikalno, a djelimice i kemijsko, mada se ono vidi dosta kasnije. Ovi destruktivni procesi u stijeni tijesno su povezani sa rasporedom, međusobnom povezanošću i veličinom pora. U stijeni se navlaživanje i prijenos vode u njezinoj tekućoj fazi odvija ili radi neposrednog dodira s vodom iz okoline, ili zbog usrkavanja vlage iz podloge radi kapilarnosti. Hidrofilna priroda stijene omogućava, naime, prodiranje vode i u one najfinije pore, čemu često pripomaže i osmoza, kada se preko vodene rastopine izjednačuju različite koncentracije soli u kamenu. Navlaživanje i prijenos vode mogu se događati i u njezinoj plinovitoj fazi, difuzijom vodenih molekula. Vlažnost stijene se obično mijenja sa promjenama vlage u atmosferi. Voda koja uspijeva prodrijeti u kamen slabi koheziju koja postoji između mineralnih zrnaca ili slojeva. Na koheziju iznimno štetno utječu naizmjenično navlaživanje i sušenje stijene, jer pritom dolazi do naizmjeničnog krčenja i širenja mineralnih zrnaca.
Stoga su kod procjene iskoristivosti neke stijene za pločnik sposobnost upijanja vode i poroznost važne osobine materijala. Ove dvije osobine nisu toliko ovisne o vrsti stijene, pa ni o njezinom mineralnom ili kemijskom sastavu, već su utoliko više izraz strukture i teksture stijene, a prije svega veličine i oblika njezinog sistema pora. Unatoč tome važe neke zakonitosti: općenito se može reći da je većina tvrdih stijena vrlo gusta te da ima minimalnu poroznost, što znači i da vrlo malo upija vodu. I neke meke stijene mogu biti iznimno guste i sa malom sposobnošću upijanja (neki vapnenci), a u toj kategoriji ima i nekih stijena koje su poroznije i za koje važi da upijanje vode može biti znatno (neki porozni vapnenci i pješčenjaci). Visoka sposobnost upijanja vode ukazuje na kapilarnu poroznost otvorenog tipa i u takav sistem pora zajedno sa vodom prodiru i djelići prljavštine; njih u pločniku zapažamo kao mrlje te ih ne možemo ukloniti uobičajenim, neagresivnim postupcima dnevne njege.
Drugo važno praktično stajalište bilo bi to, da kroz stijene koje imaju veliku sposobnost upijanja voda gravitacijski i kapilarno prodire u slojeve podloge kompozita pločnika, dok kod sušenja difuzijski i kapilarno putuje nazad, prema površini. Kod ovih procesa putuje i materijal. Pritom se radi o trajnom termodinamičkom procesu, koji pokušava izjednačiti vanjsku temperaturu i temperaturu u unutrašnjosti kompozita, odnosno izjednačiti vanjski i unutarnji tlak pare. Kod nekih mramora koji se prema svome mineraloškom sastavu sastoje od kalcita – a njemu su svojstvene anizotropne deformacije uslijed temperature i stezanje, koje se odvija u smjeru jedne kristalografske osi, a rastezanje u smjeru druge osi – dolazi upravo zato do ireverzibilnog iskrivljanja ploča u konveksnom ili konkavnom smjeru.
Opisane velike razlike između tvrdih i mekih stijena su vodič i temeljna pomoć pri procjenjivanju i odabiru odgovarajućeg tipa stijene za određenu namjenu, nakon što se upoznamo i kvantificiramo sile koje će na tom mjestu djelovati na stijenu. U načelu su za polaganje vanjskih obloga prikladnije stijene silikatnog sustava. Odabir u okviru dviju kategorija je drugi korak, u kojemu se odabire takva stijena koja može osigurati da pločnik bude funkcionalan, ali i estetski odgovarajući tijekom čitavoga vremena njegova korištenja. Pritom su dragocjeni iskustveni povijesni podaci, to jest podaci o uporabi i ponašanju neke stijene u poznatom okolišu tijekom proteklog razdoblja.
mr. Ana Mladenovič
