L’argilla: natura e metodi di studio Fabio Fratini CNR-ICVBC Firenze f.fratini@icvbc.cnr.it

L’ “argilla” E’ una roccia sedimentaria definita petrograficamente come roccia clastica pelitica Fra le rocce sedimentarie, è quella più diffusa nella crosta terrestre Genesi: proviene soprattutto dall’alterazione chimico-fisica dei feldspati (per fenomeni atmosferici o idrotermali) che perdono Na, K, Ca, Mg con conseguente arricchimento in Al e Si. Si distinguono: argille in depositi primari, (argille residuali) direttamente sopra le rocce madri; argille in depositi secondari (argille sedimentarie s.s.)

Composizione dell’ “argilla” Minerali prevalenti: Fillosilicati del tipo “minerali argillosi” Minerali secondari: altri Fillosilicati (muscovite, biotite) quarzo feldspati carbonati ossidi e idrossidi (goethite, ematite, gibbsite) solfati (gesso) solfuri (pirite) sostanze organiche, ecc

Tipi di “argille” Argille grasse - sono costituite da un’elevata % di minerali argillosi; -trattengono una forte quantità di acqua e la perdono lentamente per evaporazione; -subiscono un forte ritiro in essiccazione; -sono molto plastiche; Argille magre – contengono una % rilevante di frazione sabbiosa; - trattengono poca acqua e la perdono più rapidamente - hanno un basso ritiro; - sono poco plastiche; Argille caolinitiche – costituite prevalentemente da caolinite; - colore bianco o giallastro; - si impiegano per la realizzazione della porcellana Argille refrattarie – contengono solo in piccola quantità i composti che favoriscono la fusione (feldspati, carbonati di Ca, Mg, Fe ox)

I minerali argillosi Appartengono al gruppo dei Fillosilicati ed hanno prevalentemente un habitus lamellare Principali minerali argillosi: illite (K,H2O)Al2(Si3Al)O10 (OH)2 clorite (Mg,Fe,Al)12(Si,Al)8 O20 (OH)16 caolinite Al2Si2O5 (OH)4 smectite (1/2Ca,Na)0,5-1(Mg,Fe,Al)4-6(Si,Al)8O10 (OH)20 nH2O vermiculite Mg0,5-1(Mg,Fe)4-6(Si,Al)8O20 (OH)4 7-8H2O clorite-vermiculite illite-smectite

Comportamento dei diversi minerali argillosi illite clorite caolinite clorite-vermiculite illite-smectite smectite vermiculite grana relativamente grossa, non espandibili grana fine, mediamente espandibilili aumentano la plasticità grana fine, molto espandibili aumentano al plasticità Diagrammi di essiccamento a 50° C di caolino e smectite

Effetto della presenza dei minerali non argillosi muscovite, biotite quarzo feldspati hanno una funzione smagrante e determinano una diminuzione del ritiro hanno funzione smagrante pur essendo spesso di grana molto fine carbonati solfati (gesso) sono fonte di sali solubili potenzialmente dannosi sostanze organiche in piccola quantità aumentano la plasticità

La plasticità dell’argilla è una delle peculiarità dei materiali argillosi; si manifesta quando il materiale assorbe acqua e viene persa quando questa si allontana; è dovuta all’azione lubrificante e legante dell’acqua assorbita che crea un rivestimento liquido attorno ad ogni particella; per ogni tipo di argilla esiste un ben definito intervallo di % di acqua per cui verifica la plasticità

Indice di plasticità IP = LL – LP LL = limite liquido limi inorganici argille organiche argille inorganiche Indice di plasticità IP = LL – LP LL = limite liquido LP = limite plastico Questo indice è proporzionale a: quantità di materiale di granulometria fine quantità di minerali argillosi presenza di minerali argillosi a reticolo espandibile presenza di sostanze organiche Argille molto plastiche sono caratterizzate da: - ritiro elevato permeablità bassa alto potere legante delle frazioni smagranti buona resistenza meccanica del materiale essiccato Carta di plasticità di Casagrande

La porosità nell’argilla essiccata argilla grassa: soprattutto porosità da ritiro argilla magra: porosità interganulare e da ritiro

Determinazione della composizione mineralogica: Metodi di studio dei materiali argillosi Determinazione della composizione mineralogica: - composizione mineralogica principale (diffrattometria a raggi x su polvere); composizione dei minerali argillosi (diffrattometria a raggi x su campioni orientati); contenuto in carbonati (calcite, dolomite) (mediante calcimetria); argille silt sabbie marne calcari carbonatici sabbie carbonatiche Diagramma TCF

Determinazione della granulometria La classificazione granulometrica più diffusa è quella di Wentworth: - ghiaia (diametro > 2mm) - sabbia (2- 0,063 mm) - limo (0,063-0,004) - argilla (< 0,004) Diagramma di Shepard

Metodi di vagliatura - si utilizzano per la frazione più grossolana -vagliatura a secco (> 0,064 mm) -vagliatura a umido (> 0,020 mm) Esistono numerose serie di setacci (UNI,DIN, ISO, ASTM, Tyler) Metodi di sedimentazione- la misura si basa sul frazionamento del campione sospeso in un liquido secondo la legge di Stokes . Si puo’ utilizzare per dimensioni < 2 mm ed in particolare per le frazioni limose e argillose. -metodo della pipetta -bilancia idrostatica -metodi ottici -metodo del densimetro

Determinazione dei parametri fisici Limite liquido (LL) – si determina tramite l’apparecchio di Casagrande Limite plastico (LP) Limite di ritiro (LR) Ritiro volumetrico (RV) Determinazione del contenuto di sostanza organica metodo gravimetrico previo attacco con acqua ossigenata Determinazione del contenuto di sali solubili -metodo gravimetrico (quantitativo dell’insieme delle specie ioniche) -cromatografia ionica (quantitativo delle singole specie ioniche)

Problemi di degrado tipo di terra compattazione Fattori interni contenuto di acqua presenza di sali nell’acqua Fattori interni tipo di terra realizzazione compattazione Fattori esterni umidità di risalita - sali uso fenomeni atmosferici