L’argilla: natura e metodi di studio

Fabio FratiniCNR-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-vermiculiteillite-smectite

Comportamento dei diversi minerali argillosiillite

clorite

caolinite

clorite-vermiculite

illite-smectite

smectite

vermiculite

grana relativamente grossa, non espandibili

grana fine, mediamente espandibililiaumentano la plasticità

grana fine, molto espandibiliaumentano 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

carbonatihanno funzione smagrante pur essendo spesso di grana molto fine

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

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

limi inorganici

argille organiche

argille inorganiche

Carta di plasticità diCasagrande

La porosità nell’argilla essiccata

argilla grassa: soprattutto porosità da ritiro

argilla magra: porosità interganulare e da ritiro

Metodi di studio dei materiali argillosi

- 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);

argillesiltsabbie

marne

calcari

siltcarbonatici

sabbie carbonatic

he

Determinazione della composizione mineralogica:

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

contenuto di acqua

presenza di sali nell’acqua

Fattori interni

tipo di terra

realizzazione

compattazione

Fattori esterni

umidità di risalita - sali

uso

fenomeni atmosferici