L’argilla: natura e metodi di studio
Fabio Fratini
CNR-ICVBC Firenze
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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
clorite-vermiculite
illite-smectite
7-8H2O
Comportamento dei diversi minerali argillosi
illite
clorite
grana relativamente grossa,
non espandibili
caolinite
clorite-vermiculite
illite-smectite
smectite
vermiculite
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
hanno una funzione smagrante e determinano una
diminuzione del ritiro
feldspati
carbonati
solfati (gesso)
sostanze organiche
hanno funzione smagrante pur essendo spesso di
grana molto fine
sono fonte di sali solubili potenzialmente dannosi
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
argille inorganiche
IP = LL – LP
LL = limite liquido
LP = limite plastico
limi inorganici
argille organiche
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
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);
calcari
sabbie
marne
carbonatiche
silt
carbonatici
sabbie
silt
argille
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
realizzazione
contenuto di acqua
presenza di sali nell’acqua
umidità di risalita - sali
Fattori esterni
uso
fenomeni atmosferici