Original paper

Beobachtungen und Überlegungen zur Verformung von Marmorobjekten durch Gefügeauflockerung

[Observations and reflections on the deformation of marble objects caused by structural breaking-up.]

Grimm, Wolf-Dieter

Kurzfassung

Die Auflockerung des Kristallgefüges von Marmorobjekten bis zu deren Kollaps und die Verbiegung von Marmorplatten bis zu deren Bruch sind spektakuläre Erscheinungen. Durch die Schäden an Fassadenbekleidungen moderner Bauten haben sie in den letzten Jahren zunehmend auch wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Einige Varietäten der Carrara-Marmore scheinen durch ihre geringe Kristallgröße und ihre mangelnde Kornbindungsfestigkeit bevorzugt zum Gefügezerfall und zu Verbiegungen zu neigen. Aber auch andere Marmore, Kalksteine und sonstige Gesteine können das Phänomen der Plattenverformung zeigen. Gefügelockerung und Plattenverbiegung werden durch äußere Einflüsse provoziert und stehen in ursächlichem Zusammenhang miteinander. Während bisher zumeist angenommen wurde, daß die Verbiegungen die Gefügelockerung bedingen, möchte der Verfasser die triviale Tatsache bewußt machen, daß umgekehrt die Auflockerung die Verformungen verursacht: Ein Körper, dessen Porenraum sich durch Gefügelockerung erweitert, muß allseitig schwellen; ist er in seiner Seitendehnung behindert, so beult er sich zu einer Kugelfläche auf oder krümmt sich zu einer Zylinderfläche oder nimmt eine unregelmäßig deformierte oder gewellte Form an. Im einzelnen kann die Verformung durch Anisotropien und Unregelmäßigkeiten im Gestein oder durch die Art und Richtung der äußeren Einwirkungen modifiziert werden. Aufgrund von eigenen Beobachtungen und Untersuchungen sowie Literaturhinweisen werden Überlegungen mitgeteilt, welche äußeren Einwirkungen - vor allem durch physikalische, chemische und biogene Verwitterungsangriffe -- zum Zerfall der Marmore beitragen und welche Gefügeeigenschaften die Lockerung begünstigen und damit eine Verbiegung provozieren. Eine Porositätszunahme um wenige Promille des Plattenvolumens führt bei behinderter Seitendehnung bereits zu deutlichen Krümmungen. Schwellungen um einige Prozent verursachen spektakuläre Verformungen. Durch einfache Rechnungen kann der Krümmungsgrad durch den Biegeradius gekennzeichnet werden und die relative Schwellung, die der Porositätszunahme entspricht, durch die Längenänderung der Platte ermittelt werden

Abstract

The breaking-up of crystalline-granular structure causing collapse of marble objects and the bending of marble slabs leading to fracture are spectacular phenomenons. Causing damage to the facades of modern buildings, these phenomenons gained economic significance in the last years. Several varieties of Carrara-marble seem to have a tendency to structural breaking-up and slab-bending caused by their small crystal sizes and diminished grain bonding strength. The phenomenon of slab-bending can also be observed at other marbles, limestones and further rocks. Structural breaking-up and slab-bending are induced by external influences and are causually related with each other. Opposite to the leading opinion, that slab-bending causes structural breaking-up, the author wants to point out the trivial fact, that in reverse order, structural breaking-up causes deformation: A body experiencing expansion of its pore space caused by structural breaking-up will expand all around. Impeded in its side expansion. the body will deform spherically or cylindrically or show irregular or wavy deformations. In detail the deformation can be modified by anisotropies and irregularities within the rock or appropriate to the type and direction of external forces. Based on own observations and studies as well as literature-sources, some reflections are put down in this paper, which external influences -- specially physical, chemical and biogenic weathering -- contribute to the decay of marbles and which structural properties favour breaking-up and therefore slab-bending. An increase of porosity of only a few parts per thousand of the slab volume, in connection with impeded side expansion, leads to distinct bending. Expansion of a few percent causes spectacular deformations. With simple calculations the rate of bend can be associated to the bending radius. The relative expansion, being proportional to the rate of increase of porosity, can be calculated using the change of length of the slab.

Keywords

buildingssculpturesbuilding stonesornamental materialsmarble (Carrara-marble)petrographical analysispetrophysical analysisphysical weatheringchemical weatheringbiogenetic weatheringstructural breaking-updeformation.