Tegole giapponesi in argilla , noti collettivamente come kawara , sono elementi di copertura in terracotta ad alto fuoco che hanno protetto templi, castelli e case giapponesi per oltre 1.400 anni. Le loro caratteristiche tecniche distintive sono un tasso di assorbimento dell’acqua inferiore al 3%, una resistenza alla compressione che normalmente supera i 20 MPa e una geometria ad incastro che resiste sia alle piogge torrenziali della stagione delle piogge che alle forze di sollevamento dei venti dei tifoni che superano i 60 metri al secondo. A differenza delle tegole piatte in argilla comuni nelle coperture mediterranee, i kawara giapponesi hanno la forma di un caratteristico profilo tridimensionale - una curva convessa su una parte concava - che crea una superficie strutturalmente rigida e autodrenante. Il grigio argento scuro di un tradizionale tetto in tegole fumé non è uno smalto applicato sulla superficie; si tratta di carbonio depositato nei pori microscopici del corpo di argilla durante un processo di cottura a riduzione che trasforma chimicamente lo strato esterno della piastrella in una pelle ceramica non porosa che rilascia acqua.
L'argilla: scelta e preparazione della materia prima
Il fondamento delle prestazioni di una tegola giapponese è il corpo in argilla, che deve soddisfare tre requisiti concorrenti: plasticità per la formatura, resistenza a secco sufficiente per la manipolazione allo stato verde e vetrificazione alla temperatura di cottura per ottenere una bassa porosità. I depositi di argilla storicamente utilizzati per la produzione di kawara sono argille secondarie - argille che sono state trasportate dalla fonte di esposizione agli agenti atmosferici e depositate in bacini alluvionali - ricche sia di caolinite per la refrattarietà che di illite o montmorillonite per la plasticità. Contiene un tipico corpo di argilla kawara 40-50% caolinite, 20-30% illite e 15-25% quarzo fine , con un contenuto di ossido di ferro tipicamente compreso tra il 2% e il 5% che contribuisce al colore della cottura che va dal marrone chiaro al rosso intenso a seconda dell'atmosfera di cottura.
La moderna produzione kawara utilizza un corpo di argilla raffinata in cui l'argilla grezza viene lasciata stagionare all'aperto per sei-dodici mesi, un processo chiamato nerashi in giapponese, durante i quali i cicli di gelo-disgelo e l'azione batterica abbattono la materia organica e omogeneizzano il contenuto di umidità. L'argilla stagionata viene quindi frantumata, vagliata per rimuovere pietre e radici e mescolata con acqua e una piccola quantità di grog fine (corpo della piastrella precotta e frantumata) per controllare il ritiro da essiccazione. L'aggiunta di grog, tipicamente dal 5% al 10% in peso, riduce il ritiro lineare da essiccazione da circa l'8-10% per un impasto di argilla pura a un gestibile 5-7%, che previene la rottura quando la piastrella formata si asciuga prima della cottura. La plasticità dell'impasto preparato viene misurata utilizzando i limiti di Atterberg; un limite di plastica del 18-25% e un limite di liquidi del 35-45% forniscono la lavorabilità necessaria per i processi di estrusione e pressatura senza eccessiva sensibilità all'essiccazione.
Tipi di piastrelle e loro geometrie distintive
Il tetto giapponese è assemblato da un sistema di forme di tegole distinte, ciascuna con una funzione specifica nella composizione estetica e di protezione dagli agenti atmosferici complessiva. La geometria ad incastro tra queste forme è ciò che conferisce al tetto kawara la capacità di disperdere l'acqua resistendo al sollevamento del vento senza l'uso di adesivi o dispositivi di fissaggio meccanici su ogni piastrella. I tre tipi principali di tegole che formano il campo del tetto sono i seguenti.
| Tipo di piastrella | Nome giapponese | Forma e funzione | Peso tipico per pezzo | Copertura per piastrella |
|---|---|---|---|---|
| Tegola concava | Hira-gawara | Abbeveratoio piatto o leggermente ricurvo che convoglia l'acqua verso la grondaia; disposti in corsi sovrapposti dalla gronda al colmo | 2,5-3,2 kg | 0,15-0,20 mq |
| Tegola di copertura convessa | Maru-gawara | Tappo semicilindrico che copre la fuga tra coppi adiacenti; impedisce l'ingresso di acqua nella cucitura laterale | 2,8-3,5 kg | Copre solo la cucitura, non l'area |
| Piastrella a S integrata | S-gawara o spagnolo-gawara | Moderna piastrella monopezzo che unisce vasca e profilo di copertura in una sezione trasversale a forma di S; i bordi laterali ad incastro eliminano le tegole di copertura separate | 3,0-3,8 kg | 0,18-0,25 mq |
Oltre alle tegole, un sistema di copertura kawara completo comprende tegole terminali e di transizione specializzate: nokigawara (tegole di gronda) con una faccia pendente decorativa che trasporta l'acqua del tetto oltre la linea del muro e spesso presenta uno stemma di famiglia in rilievo o l'emblema del tempio; onigawara (tegole di colmo) scolpite a forma di bestia mitologica o di motivo floreale che ricopre il colmo e protegge il timpano dalla pioggia spinta dal vento; sumigawara (tegole d'angolo) che svoltano l'angolo all'incrocio tra gronda e colmo; e munegawara (tegole di colmo) che ricoprono l'apice del tetto. La cresta è ulteriormente rinforzata con a shikkui tappo di malta, un tradizionale intonaco a base di calce mescolato con fibra di canapa ed estratto di alghe marine, che unisce le tegole del colmo in una trave monolitica resistente alle intemperie.
La finitura affumicata: Ibushi-gawara e cottura a riduzione
L'iconico colore grigio-argento scuro delle tradizionali tegole giapponesi è il risultato di una tecnica di cottura specializzata chiamata ibushi (affumicatura), che crea una superficie che viene contemporaneamente colorata, sigillata e alterata chimicamente. Il processo ibushi è una cottura a riduzione controllata che avviene nella fase finale del ciclo del forno. Le piastrelle vengono prima cotte in atmosfera ossidante a circa 1000-1100°C , che sinterizza il corpo dell'argilla fino alla sua resistenza finale e sviluppa il colore di base dal contenuto di ossido di ferro, tipicamente un caldo rosso-arancio durante l'ossidazione. Alla temperatura massima, il bruciatore del forno viene regolato su una miscela ricca di combustibile e l'alimentazione d'aria è limitata. La combustione priva di ossigeno genera monossido di carbonio e particelle di carbonio libere. L’atmosfera del forno passa da ossidante a riducente e il carbonio si deposita nei pori ancora aperti della superficie calda della piastrella.
Allo stesso tempo, l'atmosfera riducente converte chimicamente l'ossido di ferro rosso (Fe₂O₃, ematite) sulla superficie della piastrella in ossido di ferro nero (Fe₃O₄, magnetite) e riduce ulteriormente parte del ferro in ferro metallico in una forma finemente dispersa. L'effetto combinato è uno strato superficiale denso e saturo di carbonio Spessore da 0,1 a 0,3 mm cioè non poroso e idrofobico. Gocce d'acqua sulla superficie di una piastrella ibushi invece di bagnarla, e l'assorbimento d'acqua della faccia fumè si riduce al di sotto dell'1%, anche se il corpo della piastrella sottostante ha un assorbimento del 2-3%. Il processo di affumicatura viene terminato sigillando il forno e lasciandolo raffreddare nell'atmosfera riducente, che impedisce la riossidazione dei composti di carbonio e ferro. La superficie risultante ha una qualità sottile e luminosa - non un nero piatto ma un profondo carbone con una debole lucentezza metallica - che resiste con grazia per decenni, sviluppando una patina morbida e attenuata.
Piastrelle smaltate: Yusen-gawara e opzioni di colore
Oltre alle piastrelle ibushi affumicate, le fornaci giapponesi producono yusen-gawara —piastrelle di ceramica smaltata—dove una barbottina per la formatura del vetro viene applicata sulla superficie della piastrella prima della cottura e si scioglie in un rivestimento vetroso e impermeabile durante il ciclo del forno. Lo smalto è formulato a partire da una base di feldspato, silice e argilla, con aggiunte di ossidi metallici per il colore: rame per il verde, cobalto per il blu, ferro per il marrone e l'ambra e manganese per il viola-nero. Lo smalto viene applicato a spruzzo o per immersione sulla piastrella cruda, essiccata, e matura durante lo stesso ciclo di cottura che sinterizza il corpo argilloso. Lo strato di smalto, tipicamente Spessore da 0,2 a 0,5 mm , ha un assorbimento d'acqua praticamente pari a zero e conferisce alla piastrella una superficie lucida, riflettente la luce e autopulente in caso di pioggia.
Il colore delle piastrelle smaltate storicamente più significativo è lo smalto di rame blu-verde visto sui tetti dei templi di Kyoto e Nara, ottenuto con l'aggiunta di ossido di rame di Dal 2% al 5% in peso al lotto di smalto. Questo smalto, cotto in ossidazione, produce un brillante verde turchese che è diventato il simbolo dell'architettura sacra in Giappone. Le moderne piastrelle smaltate residenziali sono disponibili in un'ampia gamma di colori: nero opaco, marrone cioccolato, arancione terracotta, verde muschio e blu ardesia, e spesso presentano una finitura semiopaca che riduce i riflessi pur mantenendo i vantaggi di una superficie smaltata a bassa manutenzione. Lo smalto aggiunge inoltre un incremento misurabile alla resistenza alla flessione della piastrella; la pretensione compressiva che gli smalti esercitano sul sottostante corpo argilloso raffreddandosi con velocità leggermente diverse aumenta il modulo di rottura di circa il 10-15%.
Prestazioni meccaniche: terremoti, tifoni e sistema di interblocco
Un tetto in tegole di argilla giapponese è un sistema pesante: un metro quadrato di copertura kawara, comprese le tegole, la malta di argilla e il substrato di legno, impone un carico morto di Da 50 a 70 kg per metro quadrato . Questo peso, che potrebbe sembrare svantaggioso nella progettazione antisismica, in realtà contribuisce alla resistenza sismica della copertura attraverso il principio dello smorzamento a massa accordata. Il tetto pesante abbassa la frequenza naturale fondamentale dell'edificio e, quando il tetto è adeguatamente fissato alla struttura muraria, la massa inerziale aiuta a resistere alle forze laterali di un terremoto aumentando la rigidità complessiva della struttura. Gli edifici tradizionali con struttura in legno e pesanti tetti kawara sono sopravvissuti a secoli di eventi sismici in Giappone, anche se i moderni regolamenti edilizi ora richiedono un fissaggio meccanico positivo di ogni tegola oltre alla tradizionale installazione basata sulla gravità e sull'attrito.
La resistenza ai tifoni è il caso di progettazione più impegnativo per le tegole. Il vento che scorre su un tetto crea una pressione negativa (aspirazione) sul pendio sottovento, sulla grondaia e sul colmo, e la forza di sollevamento su una tegola in argilla può superare il suo peso proprio a velocità del vento superiori a 35 metri al secondo . Il kawara tradizionale resisteva al sollevamento grazie alla geometria ad incastro delle tegole del piatto e della copertura e al peso sostanziale delle tegole stesse, con le tegole della gronda inoltre fissate mediante fascette in filo di rame alla guaina del tetto. L'installazione moderna secondo la legge giapponese sugli standard edilizi richiede che ogni tegola sia fissata meccanicamente con una clip metallica resistente alla corrosione o una fascetta in filo di acciaio inossidabile che si innesta positivamente nell'interblocco della tegola e viene fissata al correntino del tetto. Il sistema di fissaggio deve resistere ad una forza di sollevamento di almeno 1,2 kN per metro quadrato per edifici in zone esposte a forte vento. Test in galleria del vento su scala reale presso il Japanese Building Research Institute hanno convalidato che un tetto kawara correttamente installato con fissaggi meccanici può sopravvivere a velocità del vento superiori a 60 m/s, equivalenti a un tifone di categoria 4.
Standard di resistenza al gelo-disgelo e di assorbimento dell'acqua
Le tegole in argilla nelle regioni con gelate invernali sono suscettibili ai danni dovuti al gelo se il loro assorbimento d'acqua supera una soglia critica. L'acqua penetrata nel corpo della piastrella si espande di circa il 9% dopo il congelamento e la pressione idraulica risultante può scheggiare la superficie della piastrella o fratturarla completamente. Standard industriale giapponese JIS A5208 per le tegole in argilla specifica un assorbimento d'acqua massimo del 3% per le tegole smaltate e del 5% per le tegole non smaltate (affumicate) quando testato mediante immersione di 24 ore in acqua bollente. Queste soglie sono volutamente prudenti rispetto alla norma europea EN 1304, che consente fino al 6% per piastrelle a bassa resistenza e 10% per piastrelle a resistenza media in climi moderati.
La severità dello standard giapponese riflette la realtà climatica: gran parte del Giappone, comprese le storiche regioni produttrici di piastrelle dell'isola di Awaji e della costa di San'in, in inverno è soggetta a notevoli nevicate e cicli di gelo e disgelo. Una piastrella con un assorbimento d'acqua superiore al 5% accumulerà danni nel corso delle stagioni invernali successive, con la modalità di guasto che tipicamente inizia con la scheggiatura della superficie sulle piastrelle di copertura convessa dove l'acqua di scioglimento della neve si accumula e si ricongela. La superficie fumé di una piastrella ibushi fornisce ulteriore resistenza al gelo-disgelo poiché lo strato superficiale a bassa porosità, riempito di carbonio, impedisce all'acqua liquida di entrare nel corpo della piastrella sulla faccia esposta, creando di fatto un materiale classificato con un esterno denso e idrofobo e un interno più poroso ma protetto.
Forni regionali e provenienza delle piastrelle di argilla
La produzione giapponese di tegole in argilla è concentrata in diverse regioni di fornaci storiche, ciascuna associata a un impasto distintivo dell'argilla, a un profilo particolare delle tegole e a un carattere estetico riconoscibile. I tre centri di produzione più significativi sono:
- Isola di Awaji (Prefettura di Hyogo): La regione di produzione di kawara più grande e famosa, che rappresenta circa il 60% della produzione nazionale di piastrelle giapponese. L'argilla Awaji è un deposito alluvionale marino a grana fine con eccellente plasticità e un basso contenuto di ferro che produce un corpo color cuoio pallido ideale per il processo di affumicatura dell'ibushi. Gli ibushi-gawara di Awaji sono considerati lo standard rispetto al quale vengono giudicate le altre piastrelle affumicate.
- Sanshu (Prefettura di Aichi): La seconda regione di produzione, nota per il Sanshu-gawara marchio. L'argilla Sanshu è più ricca di ferro, produce un corpo rosso più intenso e la regione è specializzata in piastrelle smaltate. La città di Takahama, nella regione di Sanshu, dove è nata la Mitsubishi, è stata la culla della tegola integrata con profilo a S, che oggi è il materiale per coperture residenziali più comune in Giappone.
- Sekishu (Prefettura di Shimane): Una storica regione di produzione sulla costa del Mar del Giappone nota per Sekishu-gawara , che vengono cotti da un'argilla contenente un'elevata percentuale naturale di sabbia silicea fine. La struttura sabbiosa conferisce alle piastrelle Sekishu una grana superficiale distintiva e un'eccezionale resistenza al gelo, rendendole la scelta preferita per le regioni con forti nevicate della costa del Mar del Giappone.
Il forno di origine è tipicamente stampato o in rilievo sul lato inferiore di ciascuna piastrella, insieme al marchio di certificazione JIS e alla data di produzione. Per i progetti di restauro di edifici storici, la corrispondenza del profilo delle tegole originali e della finitura superficiale è essenziale sia per la continuità estetica che per la compatibilità tecnica con la struttura del tetto esistente.
Installazione: il supporto in legno e il sistema di fissaggio
Un tetto in tegole di argilla giapponese è installato su una sottostruttura in legno costituita da travi, listelli orizzontali e un rivestimento continuo del tetto di assi di cedro o, nelle costruzioni moderne, compensato strutturale. La pendenza del tetto per un tetto kawara è tipicamente tra 4/10 e 6/10 (da 22 a 31 gradi circa) . Piazzole meno profonde rischiano l'ingresso di acqua in condizioni di vento; pendenze più ripide richiedono un ulteriore contenimento meccanico per evitare lo scivolamento delle piastrelle. La posa delle tegole avviene in corsi orizzontali partendo dalla gronda e risalendo fino al colmo. Ogni tegola è agganciata al listello con un pennino modellato sul lato inferiore e ciascuna tegola di copertura è inserita in una piccola quantità di malta di argilla o, nella pratica moderna, fissata con una clip a molla in acciaio inossidabile che aggancia il listello.
Le tegole di gronda sono il primo corso installato e stabiliscono l'allineamento dell'intero tetto. Un gocciolatoio in rame o acciaio inossidabile è fissato al pannello della fascia e le tegole della gronda sono collegate alla guaina attraverso fori preformati nel corpo della tegola. Il colmo è l'assemblaggio finale: un pannello di colmo rialzato in legno è coperto con un letto continuo di malta di calce shikkui, le tegole del colmo sono fissate nella malta con fascette in filo di rame e un cappuccio finale di malta viene modellato sulle tegole per creare una transizione fluida e aerodinamica che impedisce al vento di penetrare sotto le tegole del colmo. Il colmo è la parte del tetto più vulnerabile ai danni causati dalle tempeste e la pratica moderna lo rinforza con una cinghia di colmo in acciaio inossidabile che lega meccanicamente le tegole del colmo alla struttura del tetto.
Manutenzione, controllo del muschio e durata utile
Un tetto in tegole giapponesi in argilla ben realizzato e installato correttamente ha una durata che può superare Da 50 a 100 anni per il corpo della tegola stesso, sebbene il sottostrato, le scossaline e la malta del colmo abbiano intervalli di manutenzione più brevi. La preoccupazione principale per la manutenzione è la crescita di muschi e licheni, che sono particolarmente aggressivi negli ambienti umidi e ombreggiati del Giappone. I rizoidi del muschio penetrano nei microscopici pori superficiali delle piastrelle affumicate non smaltate e, nel corso di decenni, possono causare scheggiature superficiali mentre le radici si espandono e si contraggono con i cicli di umidità. La manutenzione tradizionale prevedeva la raschiatura manuale periodica del muschio, una pratica ad alta intensità di manodopera che viene sempre più sostituita dall’applicazione di un trattamento biocida con solfato di rame o cloruro di benzalconio che inibisce la ricrescita del muschio per diversi anni.
La malta di colmo, esposta ai cicli di bagnatura ed essiccamento più severi, necessita di una risaltatura circa ogni 20-30 anni . Le fascette in filo di rame sulla grondaia e sul colmo hanno una durata di servizio simile prima della corrosione, in particolare in ambienti costieri con aria carica di sale, e devono essere ispezionate e sostituite quando il colmo viene riorientato. Le singole tegole incrinate o scheggiate possono essere sostituite senza disturbare il tetto circostante facendo scorrere fuori la tegola danneggiata e inserendone una nuova, a condizione che il profilo della tegola sia ancora in produzione. Per le piastrelle storiche che non vengono più prodotte, le piastrelle di recupero degli edifici demoliti rappresentano la fonte primaria di materiale sostitutivo e a questo scopo è necessario conservare una scorta di piastrelle di ricambio dall'installazione originale.
