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Le Argille Sotto la denominazione “argille” (crete o terre), si comprendono le rocce sedimentarie, dotate di plasticità, costituite essenzialmente da silicati di alluminio (caolinite Al2O3 2SiO2 2H2O), magnesio (montmorillonite) o, in misura molto minore, di ferro (nontronite). Formazione (rocce sedimentarie)
Possiamo definirle come rocce provenienti dalla disgregazione naturale di rocce preesistenti o madri. Il ciclo che portano alla formazione di queste rocce si compone di quattro fasi
CLASSIFICAZIONE
Si distinguono due gruppi:
le rocce detritiche
e le
rocce di precipitazione chimica e biochimica.
La differenza è basata sui diversi modi di trasporto e di sedimentazione
dei materiali. Schema di classificazione genetica delle rocce sedimentarie
Fonte: Lezioni
di petrografia applicata 2008
Rocce detritiche o clastiche
Si suddividono in quattro gruppi: conglomerati, arenarie, argille, tufi
Suddivisione delle rocce sedimentarie detritiche o clastiche
- I
conglomerati
rappresentano il termine più grossolano; le dimensioni dei singoli
elementi detritici (clasti) vanno da un minimo di 2 mm ad un massimo di
256 mm (scala di Wentworth). Corrispondono alle attuali ghiaie. Rocce di sedimentazione chimica e biochimica
Suddivisione delle rocce sedimentarie chimiche e biochimiche
I calcari comprendono quelle rocce sedimentarie costituite quasi esclusivamente da calcite (carbonato di calcio). Possono essere presenti, in percentuali molto basse, altri minerali quali: quarzo, ortoclasio, Le marne sono rocce miste; calcare detritico e una percentuale preponderante di argilla. Si tratta di rocce di colore variabile (grigio, rosso, verde, bianco o variegato) sottilmente stratificate e spesso addirittura scagliose Le dolomie contengono invece, in quantità preponderante, il minerale dolomite. Si distinguono dolomie primarie (molto rare) e dolomie secondarie.
Le evaporiti
sono rocce formatesi in seguito alla precipitazione chimica del solfato
di calcio(gesso e anidrite), del cloruro di sodio (salgemma) e di altri
sali di minore importanza, in bacini lagunari con climi caldi e aridi. Disgregazione di Rocce comuni
I Feldspati; costituiscono un gruppo di minerali molto diffusi in natura, da soli rappresentano circa il 60% della massa delle rocce eruttive. Chimicamente i feldspati sono alluminosilicati di sodio, potassio,calcio e molto raramente bario, sono sempre associati a quarzo. I feldspati puri sono: Ortoclasio KAlSi3O8, Albite NaAlSi3O8, Anortite CaAl2Si2O8, Celsiana BaAl2Si2O8(molto rara in natura). I Feldspatoidi; costituiscono un gruppo di alluminosilicati di sodio e di potassio che hanno una composizione chimica simile a quella dei feldspati alcalini si trovano in rocce eruttive povere di silice e non sono mai associati al quarzo (Nefelina KNa(AlSiO4)4). Le miche sono dei fillosilicati, con cristalli lamellari decisamente più grossi, hanno una composizione chimica piuttosto complessa e sono diffusissime ed abbondanti come componenti essenziali di molte rocce vulcaniche. Sono facilmente riconoscibili quando si trovano sotto forma di lamine brillanti di colore argenteo o dorato. ( il nome mica deriva dal latino micare = luccicare). Le più comuni sono la Biotite e la Muscovite. Le argille si suddividono in: argille primarie (residuali), come il caolino, sono sempre rimaste vicine alle “rocce madri”. Per questo possono essere particolarmente pure, costituite da particelle anche relativamente grosse e spigolose, hanno una granulometria non uniforme e, nel loro interno,possono contenere dei residui di roccia madre, questi fattori rendono il materiale poco plastico rispetto alle argille secondarie. argille secondarie (sedimentarie);si sono allontanate dal luogo delle rocce madri trasportate da acqua vento ecc. le particelle sono più piccole, più uniformi e più arrotondate di quelle delle argille primarie. Sono meno pure (altre argille, sabbie, ossidi di ferro, calcare, pirite, calcite, gesso, resti di animali e di vegetali) di colore tendente al bianco, al giallognolo o al verdognolo. Una tinta grigio scura o nerastra può essere data dalla presenza di sostanze carboniose di origine organica. Una tinta azzurrognola o verde scura viene attribuita alla presenza prevalente di composti di ferro con numero di ossidazione +2, mentre una tinta da giallo chiara a rosso bruna è data dal prevalere di composti di ferro con numero di ossidazione +3. Un colore rosso bruno intenso, tendente al violaceo indica in genere la presenza di composti del manganese uniti a quelli del ferro. Le argille nere, verdi o azzurre, dopo una lunga esposizione agli agenti atmosferici acquistano in superficie una tinta giallastra o rossiccia a causa di processi di ossidazione dovuti prevalentemente all’ossigeno presente nell’aria.
Struttura delle Argille Rappresentazione spaziale, in relazione ai numeri di coordinazione
L’unità fondamentale strutturale dei silicati è rappresentata, spazialmente, da un tetraedro al cui centro e posto il silicio e ai vertici l’ossigeno [SiO4]-4 , mentre in presenza di uno ione con numero di coordinazione 6 (Al+3, Mg+2) la conformazione spaziale, che assicura la massima simmetria geometrica, è quella ottaedrica. Nel caso dell’alluminio, la struttura vede l’Al al centro e ai vertici dell’ottaedro i gruppi OH- [Al(OH6)]-3
Ogni tetraedro SiO4 mette in comune tre atomi di ossigeno con altrettanti tetraedri, formando strati esagonali di tetraedri indefinitamente estesi e planari.
L’unità ottaedrica, costituita da uno ione alluminio (o magnesio) e sei ioni ossigeno (o ossidrili), da luogo a reticoli (condivisione dell’ossidrile) formati da due piani di ioni ossigeno che contengono un piano di ioni alluminio. I diversi tipi di minerali argillosi nascono dalla combinazione delle unità tetraedriche (T) ed ottaedriche (O) in "pacchetti elementari" e dalla combinazione di più pacchetti elementari. Questa combinazione di tetraedri (Si) e ottaedri (Al, Mg,Fe), la presenza di cationi (Ca, K,Na) e di acqua adsorbita, comporta una variazione nella composizione e nelle caratteristiche delle argille. In considerazione del tipo di successione, strati tetraedrici ed ottaedrici formanti i “pacchetti elementari e da come questi si ripetono,i minerali argillosi sono suddivisi in 3 gruppi:
Esempio di TO (caolinite, Al2Si2O5(OH)4)
La struttura della caolinite è data dalla successione di uno strato di tetraedri (Si) e di uno strato di ottaedri (Al), legati tramite condivisione di anioni ossigeno, e da legami deboli tra l’Al dell’ottaedro e l’ossigeno del tetraedro, questo è il pacchetto elementare. I pacchetti TO, che si succedono nella struttura della caolinite, sono, invece, tenuti insieme esclusivamente da legami ad idrogeno generati dall’interazione elettrostatica tra atomi di ossigeno e atomi di idrogeno di pacchetti TO contigui .
Esempio TOT montmorilloniti (½Ca,Na)0.5-1(Al,Mg,Fe)4-6(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O
Nei minerali argillosi della famiglia delle smectiti, il pacchetto è costituito dalla successione TOT. Nelle smectiti le sostituzioni isomorfe hanno luogo nello strato tetraedrico (Al3+ al posto di Si4+) nonché in quello ottaedrico con magnesio e ferro che sostituiscono l’alluminio. Il bilancio di carica è ottenuto attraverso cationi calcio e/o sodio in posizione interstrato. Come nelle vermiculiti gli ampi spazi interstrato consentono l’ingresso di molecole d’acqua che coesistono con i cationi calcio e sodio. I minerali argillosi presentano 2 importanti proprietà di superficie che gli conferiscono una elevata “reattività”:
La presenza di cariche di segno negativo conferisce ai minerali argillosi la capacità di attrarre cationi (Ca+Mg++Na+K++), tale capacità viene ricondotta ad un parametro definito: “capacità di scambio cationico” o CEC (Cations Exchange Capacity). Questa capacità di attrarre ioni tende a diminuire con il decrescere del valore del pH, dal momento che in ambienti acidi le cariche negative sono saturate degli ioni H+. Il raggiungimento del cosiddetto PZC (Point of Zero Charge), dove per PZC si intende il pH del sistema per il quale la superficie del minerale è elettricamente neutra, avviene nelle smectiti a pH 2.5 nella caolinite a pH 4.6. Queste due proprietà sono le responsabili della capacità dei pacchetti elementari (particelle) di interagire tra loro, con l’acqua interstiziale e con gli ioni in essa disciolti, influenzandone le caratteristiche meccaniche. Plasticità Il comportamento di un corpo è definito plastico se, raggiunta una determinata soglia di sollecitazione, si manifestano deformazioni permanenti (ossia che si conservano anche una volta rimosse le sollecitazioni) e indipendenti dalla durata delle sollecitazioni applicate. Questa è una delle caratteristiche principali delle argille, ed è legata alle sue proprietà di superficie. Come sappiamo le particelle (pacchetti elementari) presentano una carica negativa di superficie, che li porta ad interagire con l’acqua e con i sali in essa disciolti. L’interazione avviene in quanto l’acqua, quale dipolo, si dispone sulla superficie delle particelle in modo da neutralizzare la carica negativa, andando a fare parte della struttura medesima;parliamo, quindi, di "acqua adsorbita" ( acqua non libera). Ulteriori legami possono formarsi fra il primo stato di molecole d’acqua ed altre molecole d’acqua ma, all’aumentare dello spessore d’idratazione, allontanandosi dalla superficie dei pacchetti, l’acqua da adsorbita diviene libera, "acqua interstiziale. La saturazione delle cariche avviene anche attraverso cationi di sali eventualmente disciolti nell’acqua interstiziale. Parte dei cationi si legano direttamente alle cariche negative sulla superficie dei pacchetti, altri, con legami più deboli, formano uno "strato di ioni diffusi" immediatamente a tergo dello strato di acqua adsorbita. Questi ultimi possono facilmente essere sostituiti da altri cationi di uguale valenza, secondo il processo di scambio cationico.
Si comprende che quanto più piccolo è il diametro delle particelle, più grande è la superficie specifica e maggiore il ruolo delle forze superficiali dovute alla distribuzione delle cariche elettriche, rispetto a quello del peso proprio delle particelle. Riassumendo: la grandezza e l’uniformità delle particelle che compongono un’argilla hanno una notevole influenza sulla sua plasticità, infatti più le particelle sono piccole, più è estesa la superficie esposta in grado di legare e trattenere l’acqua attraverso i legami derivanti dalle cariche elettriche di superficie e quindi, l’argilla è più plastica. La plasticità aumenta con l’invecchiamento una sorta di maturazione ottenuta ponendo l’argilla fresca in acqua per alcuni mesi e rimestandola. L’invecchiamento ed il rimescolamento permettono all’acqua di penetrare sempre più all’internodel materiale argilloso, frammentando in particelle sempre più piccole gli aggregati di cristalli dei minerali delle argille, idratandoli in modo più completo. Durante l’invecchiamento la plasticità migliora anche grazie alle sostanze di rifiuto colloidali prodotte da piccoli microorganismi animali, detti infusori, che vivono negli strati superficiali delle argille umide. La plasticità viene “misurata” attraverso la determinazione del limite di plasticità e del limite di liquidità o di fluidità. Tali limiti, detti anche di Atterberg, sono i valori del contenuto d’acqua che identificano il passaggio da uno stato semisolido ad uno stato plastico e da uno stato plastico ad uno stato “fluido”. Il limite di plasticità, wP, è quel valore limite del contenuto d’acqua al di sopra del quale il materiale diventa plastico, cioè formabile in presenza di acqua. Il limite di liquidità, wL, è quel valore del contenuto d’acqua al di sopra del quale il materiale perde la sua formabilità perché troppo fluido. Esso viene misurato convenzionalmente mediante la coppetta di Casagrande. La differenza IP = wL – wP, viene chiamata Indice di Plasticità. Al crescere dell’Indice di Plasticità cresce la variazione del contenuto d’acqua necessaria per portare un’argilla dallo stato semisolido allo stato fluido.
L’indice di plasticità, è funzione:
Tra i minerali più attivi si citano le montmorilloniti, tra quelli meno attivi le caoliniti; una attività intermedia presentano le illiti.
La plasticità dei terreni, è rappresentata attraverso la Carta di Casagrande, dove sono riportati in ascisse, il limite di liquidità ed in ordinate, l’Indice di plasticità. Tale carta consente di classificare i terreni in funzione:
Rigonfiamento Le proprietà di superficie delle argille e la loro struttura reticolare influenzano; la capacità di adsorbire ioni o molecole di liquidi polari, la proprietà di variare di volume al variare del contenuto d’acqua, la capacità di dar luogo a sospensioni permanenti fino a tixotropiche. Come abbiamo visto, le unità elementari (ottaedri tetraedri) sono legati attraverso legami forti di tipo ionico, mentre legami ionici più deboli e legami ad idrogeno collegano i pacchetti elementari fra loro. Lo spessore dei granuli (pacchetti), dipende dalle forze d’attrazione che si esercitano tra loro. I minerali argillosi tendono a sviluppare preferenzialmente reticoli piani,per cui tale forza d’attrazione, è piuttosto bassa, per questo i granuli si presentano generalmente con una forma appiattita e con spessori variabili da qualche decimo ad alcuni centesimi della dimensione media nel piano di sviluppo.
Il processo d’interazione fra i granuli avviene attraverso:
Le singole particelle esercitano una reciproca azione repulsiva, dovuta alle cariche negative di superficie, che decresce all’aumentare della distanza reciproca dei granuli e della concentrazione elettrolitica. La tendenza al rigonfiamento (aumento di volume) di alcuni minerali argillosi, quali la montmorillonite e l’illite quando sono posti a contatto di acqua, è la manifestazione apparente delle forze di repulsione. Alla repulsione dovuta alle cariche elettriche sulla superficie dei granuli, si sovrappone un’attrazione dovuta alle forze di Van der Waals. Queste sono prodotte dal campo magnetico generato dal moto degli elettroni attorno ai nuclei e dipendono dalla costante dielettrica del mezzo, ma non dalla concentrazione elettrolitica, e diminuiscono molto rapidamente con la distanza tra i granuli. La forza risultante che si esercita tra due granuli argillosi può avere segno diverso secondo la distanza e la concentrazione elettrolitica.
Costituenti accessori Nelle rocce argillose trovano posto, oltre agli idrogel di Al2O3, SiO2 Fe2O3, frammenti minutissimi dei minerali delle rocce primitive, particolarmente resistenti e quelli non degradati in quanto rimasti inglobati per difficoltà di dilavamento o ulteriore disfacimento (quarzo, feldspatidi, minerali femici. miche etc.). Troviamo frequentemente CaCo3 ,sottoforma di piccoli romboedri di calcite, apatite, come prodotto o dell’alterazione di rocce vulcaniche o della trasformazione del fosfato di calcio di origine organica. Altro componente particolarmente importante è la mica bianca potassica (muscovite), particolarmente resistente agli agenti naturali di degradazione. Possiamo trovare tormalina, granato, zircone, rutilio (proveniente dalla distruzione di minerali ferro-titaniferi), quarzo (conferisce magrezza alle argille), pirite (formatasi per azione dei composti organici solfonati o del solfato di calcio sui sali di ferro contenuti nell’argilla)gesso (quale risultato dell’ossidazione della pirite). In alcune argille, si trova: zolfo nativo in associazione al gesso, carbonato di ferro, fosforite. Tutto ciò indica come ogni giacimento di argilla porti con se caratteristiche che seppure nell’essenzialità dei comportamenti risulta molto simile, la presenza di altre sostanze ne conferma la diversità, tant’è che una classificazione assai sommaria le identifica in argille magre medie e grasse, dove la plasticità è una delle caratteristiche che le identifica, essendo, come abbiamo visto, legata a quelle proprietà superficiali che sono direttamente collegate, alla presenza di composti più o meno attivi. Da leggere:
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© G.Catalani Tutti i diritti riservati Data ultimo aggiornamento 25/08/2009 |
