Introduzione alla petrologia

(1)

Introduzione alla petrologia

Antonio Licciulli

Scienza e ingegneria dei materiali

1

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Introduzione alla Petrologia Antonio Licciulli

Anatomia della terra

l La crosta terrestre si estende fino a 5-40Km (Temp ambiente fino a 375°C)

l Un improvviso

aumento di densità (2,9-3,3) segna la separazione tra

crosta e mantello (T da 375 fino a

800°C-1200°C)

l Il mantello è rigido fino a 60-100Km. La parte rigida del

mantello insieme alla crosta formano la litosfera

suddivisa in placche

(3)

I fossili

l

La fossilizzazione è l'insieme dei processi biologici ed

ambientali che modificano i resti degli esseri viventi,

impedendo il loro disfacimento

l

Tipi di fossilizzazione:

mineralizzazione, carbonizzazione,

inglobamento in ambra fossile, sedimentazione, mummificazione,

crioconservazione

!3 3

(4)

I fossili guida

l

I fossili guida sono dei fossili usati per la datazione relativa delle rocce.

l

Si tratta di resti di organismi che soddisfano precisi requisiti:

l

avevano ampia distribuzione geografica,

l

una relativa ampia abbondanza di popolazioni

l

hanno avuto un'evoluzione rapida permettendo di raggiungere

un'elevata precisione nella

datazione.

(5)

Unità Geocronologiche

l

"Corrispondenza empirica" in Anni

Eone

miliardi di anni Era

centinaia di milioni di anni

Periodo

decine di milioni di anni

Epoca

milioni di anni Età

migliaia di anni

5

(6)

Linee temporali grafiche

(7)

I tempi geologici in Italia

Anni fa

18 miliardi Big bang nascita dell’universo 4,6 miliardi Formazione del sistema solare

3,5 miliardi Crosta terrestre consolidata, compaiono le prime forme di vita

400 milioni Le terre emerse si uniscono formando un unico continente Pangea circondato dall’oceano (Panthalassa)

200 milioni Pangea inizia a frammentarsi nei blocchi continentali. Si forma la Tetide sui cui fondali iniziano a depositarsi i sedimenti che diventeranno le rocce calcaree e calcaree dolomitiche

130 milioni Sul fondo della tetide si aprono spaccature da cui fuoriesce il magma che origina le rocce ofiolitiche

70 milioni Lo spostamento del blocco africano verso quello europeo origina il sollevamento della catena alpina

20 milioni Il sollevamento continua e nasce la catena appenninica

10 milioni Sabbie e argille si depositano come sedimenti sui margini sommersi della catena appenninica

7 milioni Emergono gli strati sedimentari nel Sud Italia

7

(8)

La struttura della litosfera

l

Litosfera oceanica (Sima)

^l

Litosfera continentale (Sial)

(9)

Orogenesi

9

(10)

I minerali

Un minerale di origine geologica si definisce come sostanza inorganica naturale composta da uno o più

elementi:

l

Generalmente i minerali sono cristallini ma possono anche essere amorfi

(opale)

l

Hanno composizione chimica costante ma in alcuni casi (olivina pirosseni) la composizione varia lasciando invariata la struttura cristallina

l

L’ossigeno e il silicio sono gli elementi dominanti

l

Accanto ai silicati e agli ossidi si trovano

Ametista

(11)

Identificazione dei minerali

I minerali si identificano e classificano secondo alcune specifiche proprietà:

l

Colore – non è un buon indicatore.

l

Lucentezza – dipende da come la luce si riflette.

l

Durezza – test affidabile, la classificazione avviene secondo la scala di Mohs.

l

Trasparenza – da trasparenti a opalescenti a opache

l

Forma – la forma del cristallo dipende dal meccanismo di crescita.

l

Frattura – come il minerale si rompe quando non intervengono piani di clivaggio

l

Clivaggio – come il cristallo si rompe lungo peculiari piani cristallini a minore energia

l

Sistema cristallino - ortorombico, tetragonale cubico ….

11

(12)

La durezza e la Scala di MOHS

l

La durezza è una misura che indica la resistenza ad essere scalfito. Nella scala di Mohs, composta da dieci minerali; ogni elemento scalfisce i

precedenti e viene scalfito dai successivi

l

TENERI (si scalfiscono con l'unghia)

l 1 Talco

l 2 Gesso

l

SEMI DURI (si rigano con una punta d'acciaio)

l 3 Calcite

l 4 Fluorite

l 5 Apatite

l

DURI (non si rigano con la punta di acciaio)

l 6 Ortoclasio

l 7 Quarzo

l 8 Topazio

l 9 Corindone (Carborundum)

l 10 Diamante

(13)

I minerali più comuni della classe dei silicati

!13 13

(14)

I minerali più comuni della classe dei

silicati

(15)

Minerali, rocce e pietre

l

Una roccia è un miscuglio di più specie minerali in diverse proporzioni e pertanto, diversamente da un minerale, la

composizione chimica di una roccia non è esprimibile con una formula chimica.

l

La pietra è una roccia, di norma non lucidabile,usata sia come

materiale da costruzione che da decorazione, che non rientra nelle tipologie marmo, granito o travertino definite dalla medesima

normativa (UNI-8458)

!15 15

(16)

Il ciclo delle rocce

(17)

Il magma

l

Il magma è una massa a temperatura

elevata formata da un miscuglio di liquido, gas, cristalli; è più o meno viscoso e

suscettibile di movimento; si tratta cioè di un sistema chimico-fisico a molti

componenti consistente di una fase liquida (fuso) e di un certo numero di fasi solide (cristalli) in sospensione; può anche essere presente una fase gassosa.

l

COMPOSIZIONE E CARATTERISTICHE DI UN MAGMA

l

I principali componenti sono: silice

(40-75%, valori espressi come percentuali in peso), allumina (10-20%), ossidi di ferro (2-12%), calcio (1-12%), magnesio

(tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio (tracce-7%).

l

La temperatura di un magma è compresa fra 1350°C e 750°C.

17

(18)

ROCCE MAGMATICHE O IGNEE

l

La cristallizzazione di un magma procede con l'abbassarsi della temperatura nella massa

magmatica.

l

Man mano che si creano le condizioni per la

cristallizzazione dei diversi minerali il magma diviene via via più ricco di componenti che non si sono

ancora solidificati.

l

I minerali che si sono formati per primi possono

ridisciogliersi parzialmente o reagire con il liquido

residuo in modo da mutare la loro composizione. 

(19)

Mount Etna

19

(20)

Serie di Bowen

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Bowen's Reaction Series

No igneous rock ever displays the whole sequence, just a slice across the sequence.

21

(22)

Classificazione delle rocce

magmatiche

(23)

Classificazione delle rocce magmatiche

!23 23

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CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE

l Plutoniche:

rocce formatesi

all'interno della crosta terrestre che possono venire alla

superficie per cause tettoniche e geomorfologiche.

l

Vulcaniche: rocce formatesi sulla superficie terrestre; il

magma è portato in superficie attraverso il fenomeno del

vulcanismo (fuoriuscita di lava).

(25)

Tessitura delle rocce magmatiche

l

Plutoniche (o intrusive): Per la tranquillità con cui procede la cristallizzazione, sono

caratterizzate da strutture granulari

l Vulcaniche (o effusive): La rapidità del raffreddamento del magma

impedisce le reazioni di

cristallizzazione con la conseguente formazione di una struttura

caratterizzata da da minutissimi cristalli in cui sono inclusi pochi grandi cristalli

25

(26)

Tessitura porfiritica

!

l

E’ caratterizzata da grossi grani circondati da grani più fini.

Questo implica che i grani grossi sono cresciuti

lentamente in profondità.

l

Il magma con i grossi grani, affiorando e raffreddandosi velocemente ha poi originato i grani più piccoli

l

This rock shows a porphyritic texture. The large grains

(phenocrysts) are feldspar,

which are surrounded by a

matrix of quartz, feldspar and

mica

(27)

Some Igneous Rocks Are Named on Textural Criteria

l Pumice - Porous

l Obsidian - Glass

l Tuff - Cemented Ash

l Breccia - Cemented Fragments

l Porphyry - Fine Matrix, Large Crystals

27

(28)

ROCCE SEDIMENTARIE

l

Sono rocce costituite da materiali (detti sedimenti)

provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti

!

l

FORMAZIONE DI UNA ROCCIA SEDIMENTARIA 

La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in quattro fasi, (ciclo sedimentario)

l

- I fase: alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie

terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione. 

- II fase: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc. 

- III fase: deposizione (sedimentazione) del materiale in ambienti diversi (continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene per strati successivi. 

- IV fase: formazione della roccia (litificazione dei sedimenti) dovuta alla pressione esercitata da altri sedimenti che si

accumulano via via sopra di essi. I processi nel loro insieme

prendono il nome di diagenesi (processi diagenetici). 

(29)

Formazioni calcaree

29

(30)

Hoodoo in Colorado e Pulo di

Altamura

(31)

Classificazione delle rocce sedimentarie

l

Si distinguono due gruppi: le rocce detritiche e le rocce di precipitazione chimica e biochimica.

31

(32)

Suddivisione delle rocce

detritiche

(33)

I processi diagenetici nelle rocce sedimentarie

l

Cementazione: il processo diagenetico principale che porta alla formazione della roccia compatta attraverso la precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento

l

Trasformazione neomorfica: processo di sostituzione e ricristallizzazione (ad esempio la trasformazione di

aragonite in calcite)

l

Dissoluzione: il risultato del passaggio nei pori di acque sottosature rispetto alla fase carbonatica presente

l

Compattazione: la compattazione ha luogo durante il seppellimento

l

Dolomitizzazione: dovuta alla precipitazione di dolomite

!33 33

(34)

Principali strutture delle rocce

sedimentarie

(35)

I conglomerati

l

rappresentano il termine più grossolano;

l

Sono formati da un insieme di ciottoli piuttosto arrotondati, con diametro superiore a 2 mm. I vari

elementi sono cementati da materiale più fine (sabbia, argilla o depositi chimici quali calcite, ematite, etc.) le dimensioni dei singoli elementi detritici (clasti) vanno da un minimo di 2 mm ad un massimo di 256 mm (scala di Wentworth).

l

Corrispondono alle attuali ghiaie 

I processi diagenetici principali sono la

compattazione, la precipitazione di minerali che porta alla cementazione del sedimento (cementi calcitici o cementi silicei) e la dissoluzione sotto pressione.

l

Con il termine breccia si fa riferimento a quei

conglomerati i cui clasti non hanno subìto trasporto ed hanno mantenuto quindi gli spigoli vivi; esse hanno origine da crolli e frane. 

35

(36)

Le arenarie

l

Rappresentano il termine

intermedio; le dimensioni dei clasti sono comprese fra 2 e 0,062 mm.

l

Corrispondono alle attuali sabbie. 

I processi diagenetici sono gli stessi descritti a proposito dei conglomerati.

l

I principali componenti delle

arenarie sono: quarzo, ortoclasio, fillosilicati.  

Quando predomina la calcite (clasti calcarei) si ha la cosiddetta

"calcarenite", roccia che viene

(37)

Le argille

l

Le argille rappresentano il termine più fine; le

dimensioni dei clasti sono al di sotto di 0,062 mm.

l

sono costituite quasi esclusivamente da

fillosilicati prodotti dall'alterazione di altri minerali silicati e assumono una tessitura parallela alla stratificazione (orientazione preferenziale dei minerali).

l

Corrispondono agli attuali fanghi detritici. 

Il processo diagenetico principale è la

compattazione: la porosità dei fanghi argillosi

prima del seppellimento è assai elevata (70-90%

in volume); sotto un carico di mille metri, la porosità si riduce al 30%.

l

Oltre a questo processo meccanico di

compattazione sono importanti i processi di

natura chimica che consistono in adsorbimenti e scambi ionici. 

Altri componenti sono quarzo, ortoclasio e miche, presenti però solo nella frazione più grossolana. 

37

(38)

Tessitura delle rocce sedimentarie

l

Tessitura di una arenaria (sabbia litificata) si

distinguono i clasti che formano una impalcatura

discontinua e il cemento e la

matrice che costituiscono il

materiale di riempimento

(39)

Calcarenite

l

La calcarenite è un tipo di roccia sedimentaria clastica, formata da particelle

calcaree delle dimensioni della sabbia (0,063-2 mm di diametro).

l

Il cemento che unisce le particelle è di solito

anch'esso calcareo (cemento calcitico)

39

(40)

Le argille

l

I minerali argillosi sono silicati idrati di alluminio e magnesio

caratterizzati da dimensioni dell'ordine di qualche micron.

l

In genere, presentano un abito lamellare

l

Possono formarsi da soluzioni

ioniche risultanti dall'alterazione di minerali preesistenti, da soluzioni colloidali, per cambiamento

strutturale diretto del minerale

(41)

Kaolinite e Halloysite

41

(42)

L’amianto

l

amianto o asbesto, nomi generici per indicare un materiale in fibre

incombustibili e suscettibili a tessitura, stabili

meccanicamente

l

La gran parte dell’amianto usato industrialmente si origina dal crisotilo o serpentino fibroso caratterizzato da una

disposizione curva degli strati

secondo cilindri cavi,

(43)

La bauxite

l La formazione delle bauxiti è il risultato dell'alterazione delle rocce calcaree ad opera degli agenti atmosferici

l Dopo il processo di dissoluzione del

carbonato di calcio ad opera delle acque meteoriche ricche di anidride carbonica, i minerali residuali, trasformabili in ossidi e idrossidi di ferro e alluminio, vengono trasportati dalle acque meteoriche e

accumulati nelle depressioni del terreno.

l In genere un deposito bauxitico si presenta sotto forma di aggregato di consistenza litica nel quale si trovano sparse delle pisoliti, ovvero dei noduli di forma tondeggiante, la cui forma

sarebbe dovuta al trasporto subito.

l Il colore della bauxite è in genere rosso cupo con irregolari macchie biancastre.

l La cava di Otranto: fu scoperta negli anni '40 e l'estrazione si sviluppò negli anni '60 fino al 1976, quando l'attività fu chiusa; i minerali estratti dal porto di Otranto partivano alla volta di Porto Marghera, dove venivano lavorati per produrre alluminio. Sul fondo della cava, di circa 100 metri di diametro e 25 di profondità, la presenza di una falda freatica superficiale ha originato un piccolo lago

43

(44)

Il carbone

l

lI carbone è una roccia

sedimentaria composta per più del 50% del suo peso, e più del 70% del suo volume da materiali carboniosi.

l

E’ estratto in miniere sotterranee o a cielo aperto o prodotto artificialmente.

l

La formazione del carbone risale principalmente all’era carbonifera, quando un clima caldo ed umido ed un'elevata concentrazione di CO

2

favorirono la crescita di alberi giganti:

la loro morte e la successiva degradazione in ambiente

anaerobico, assistita da funghi e

batteri, hanno portato a quelli che

(45)

Tipi di carbone

l Torba: deriva da piante erbacee che hanno subito una trasformazione parziale. Ha un aspetto spugnoso o addirittura filamentoso e un colore scuro.

l Lignite: contenuto di carbonio di circa 70% e un potere calorifico di 4500-6000 kcal/kg; la sua formazione risale a circa 80 milioni di anni fa.

Presenta ancora la struttura del legno da cui ha avuto origine. Non è un

buon combustibile e quindi

economicamente poco conveniente;

viene di solito utilizzata per

alimentare centrali elettriche o per produrre gas, ammoniaca, petrolio sintetico.

l Litantrace: Ha un contenuto di carbonio tra il 75% e il 90% e un

potere calorifico di 7000-8500 kcal/kg;

la sua formazione risale a circa 250 milioni di anni fa e si trova in strati compressi tra rocce di composizione diversa. È il carbone più diffuso in natura e il più utilizzato a livello industriale.

l Antracite: È il carbone più antico (400 milioni di anni fa); contiene una

percentuale di carbonio pari al 90% ed ha un potere calorifico di 8500 kcal/kg.

Viene utilizzato molto poco perché assai costoso, essendo difficilmente reperibile.

45

(46)

Tipi di carboni in cifre

(47)

Grafitizzazione

l

La grafitizzazione è un

processo chimico di elettro- induzione che trasforma il carbone amorfo in grafite

artificiale. Il processo avviene in forni alimentati in corrente

continua ad altissimo amperaggio.

47

(48)

Liquefazione e gassificazione

l

Il carbone può essere convertito in combustibili liquidi come

benzina o gasolio

l

Il carbone viene gassificato in

modo da produrre syngas (Syntetic gas una mistura purificata e

bilanciata di CO e H

2

)

l

Il Syngas è fatto condensare utilizzando un catalizzatore Fischer-Tropsch per produrre

idrocarburi leggeri, poi trasformati in benzina e gasolio.

l

Il Syngas può essere inoltre

convertito in metanolo, un ulteriore combustibile o additivo a

carburanti, che può essere ulteriormente riconvertito in

benzina tramite il processo M-gas

(49)

Il petrolio

l

Il petrolio (dal termine tardo latino petroleum,

composto di petrae, "della roccia", e oleum, "olio", cioè "olio di roccia"[1]), anche detto oro nero, è un liquido infiammabile, viscoso, di colore che può andare dal nero al marrone scuro, passando dal verdognolo fino all'arancione, che si trova in alcuni giacimenti entro gli strati superiori della crosta

terrestre. È composto da una miscela di vari

idrocarburi (in prevalenza alcani, ma con variazioni nell'aspetto, nella composizione e nelle proprietà fisico-chimiche).

!

l

È detto greggio o grezzo il petrolio così come

viene estratto dai giacimenti, cioè prima di subire qualsiasi trattamento teso a trasformarlo in

successivi prodotti lavorati.

^!49

49

(50)

Composizione del petrolio

l

Dal punto di vista chimico, il greggio è un'emulsione di idrocarburi (cioè

composti chimici le cui molecole sono formate da idrogeno e carbonio) con acqua ed altre impurità.

!

l

È costituito principalmente da

idrocarburi appartenenti alle classi degli alcani (lineari e ramificati), cicloalcani e in quantità minore idrocarburi aromatici (mono-, bi- e poli- ciclici).

l

Il rapporto tra queste tre tipologie di idrocarburi varia a seconda del

giacimento petrolifero da cui viene

(51)

Teoria biogenica del petrolio e del metano

l

Il materiale biologico dal quale deriva il petrolio è costituito da organismi unicellulari marini vegetali e animali (fitoplancton e

zooplancton) rimasti sepolti nel sottosuolo in particolare durante il paleozoico, quando tale materia organica era abbondante nei mari

l

la decomposizione della materia organica ad opera di batteri anaerobi e altri processi chimici porta alla produzione di metano e cherosene

l

a causa della continuazione crescita dei sedimenti, si ha un

innalzamento della temperatura (fino a 65-150 °C) che porta allo sviluppo di processi chimici di degradazione termica e cracking, che trasformano il cherogene in petrolio (intorno a 2-3Km)

l

nel percorso di migrazione, gli idrocarburi possono accumularsi in rocce porose (dette "rocce madri") e restare bloccati da uno strato di roccia impermeabile

!51 51

(52)

Prodotti derivati dal petrolio

l

Le catene molecolari nell'intervallo di C5-7 sono nafte leggere ed evaporano facilmente. Vengono usate come solventi, fluidi per pulizia a secco, e altri prodotti ad asciugatura rapida.

l

Le benzine sono composte da catene ramificate nell'intervallo da C6 a C9

l

Il cherosene è composto da catene nell'intervallo da C10 a C15, seguito dal combustibile per i motori diesel e per

riscaldamento (da C10 a C20) e da combustibili più pesanti, come quelli usati nei motori delle navi. Questi prodotti derivati del petrolio sono liquidi a temperatura ambiente.

l

Gli oli lubrificanti e i grassi semi-solidi (come la vaselina) sono posizionati nell'intervallo da C16 fino a C20.

l

Le catene da C20 in avanti sono solidi a temperatura

ambiente e comprendono la paraffina, poi il catrame e il

(53)

ROCCE METAMORFICHE

l

Sono rocce che hanno subìto modificazioni nella composizione mineralogica o nella struttura e nella tessitura in seguito a

mutamenti di temperatura e pressione (metamorfismo).

l

Tutte le rocce (magmatiche, sedimentarie, metamorfiche) possono essere soggette al metamorfismo

l

Il metamorfismo da contatto è originato da un riscaldamento delle rocce ad opera di intrusioni ignee. Questo avviene a strati superficiali per i quali la pressione non è fattore dominante

l

Il metamorfismo regionale è causato da alte pressioni e temperature che si realizzano durante la formazione delle montagne.

l

Le rocce metamorfiche si suddividono in bluechite (alta pressione bassa temperatura), granulite (alta pressione alta temperatura), migmatite (formazione al punto di fusione ma senza pressione)

53

(54)

Tessitura delle rocce metamorfiche

(55)

Struttura e tessitura delle rocce metamorfiche

l

Nelle rocce metamorfiche i minerali cristallizzano

contemporaneamente, assumendo una forma irregolare (allotriomorfi) e una struttura cristalloblastica.

l

Tale struttura si differenzia poi, a seconda della forma dei cristalli, in: granoblastica, porfiroblastica, lepidoblastica, nematoblastica. 

l

La tessitura scistosa è tipica delle rocce metamorfiche

l

per scistosità si intende la possibilità di una roccia a dividersi in lastre sottili secondo piani subparalleli.

l

La scistosità è il prodotto della pressione orientata ed è marcata dalla disposizione dei minerali di forma allungata, fibrosa,

lamellare (miche).

l

Si parla di foliazione se la scistosità non è molto pronunciata. 

Altre tessiture caratteristiche sono: massiccia (granuli senza orientazione), zonata (bande parallele differenti per struttura e

colore), occhiadina (grossi noduli chiari circondati da sottili bande scure).

55

(56)

Il talco

l

Nel talco gli strati sono elettricamente neutri, le forze attrattive interstrato sono deboli

l

ne consegue che i cristalli sono teneri e facilmente sfaldabili.

l

L’uso del talco in polvere come lubrificante è dovuto a questa proprietà.

!

l

ll talco si origina sia per alterazione

idrotermale di rocce ultarbasiche che per modesto metamorfismo termico di

dolomie. Esso cristallizza nel sistema

monoclino e si presenta in lamine di colore

verde untuose al tatto

(57)

Le miche

l

Le miche sono silicati poveri di cationi con strati carichi elettricamente, tenuti assieme da cationi intercalati non idrati.

!

l

Prodotto di metamorfismo regionale e termico su calcari magnesiaci e dolomie Gli strati in questo caso non possono scorrere come nel talco. I cristalli si possono tuttavia tagliare a lamine sottili

!

l

Questi fogli (di dimensioni dai centimetri ai metri) vengono usati industrialmente per la

loro trasparenza, proprietà elettriche isolanti, e resistenza chimica e termica (la muscovite fino a circa 500 °C, la flogopite, KMg3(OH)2

[AlSi3O10], fino a circa 1000 °C).

57

(58)

Fattori che condizionano l’utilizzo delle rocce

!

l

Il fattore geologico

è riferito alle caratteristiche degli affioramenti geologici;

l

il fattore petrografico

è riferito alle caratteristiche costitutive e condiziona la lavorabilità

l

il fattore economico

è riferito alle possibilità di sfruttamento dell’affioramento mediante la

coltivazione di cave;

l

il fattore estetico

è riferito agli effetti che si possono

ottenere dall’uso di un materiale. 

(59)

La classificazione commerciale delle pietre da costruzione

considera invece criteri diversi quali la lucidabilità, la lavorabilità

!

l

GRANITI

l

rocce resistenti di natura silicatica, lucidabili 

(granito, diorite, gabbro, sienite; porfido, andesite; gneiss, granulite)

l

PIETRE

l

rocce compatte o porose, non lucidabili 

(basalto, trachite; conglomerato, arenaria, argilla, tufo, calcare tenero, dolomia; fillade, micascisto, quarzite, serpentinite,

anfibolite)

l

MARMI

l

rocce compatte di natura carbonatica, lucidabili  (marmo, calcescisto; calcare compatto)

l

TRAVERTINI

l

rocce ricche di cavità, compatte, lucidabili

59

(60)

Rocce da costruzione magmatiche

Denominazione GRANITO DIORITE SIENITE

Classificazione magmatica plutonica magmatica plutonica magmatica plutonica

Minerali qz, Kfl, plc, bt plc, orb, qz Kfl; plc; afb

Chimismo Si, Al, K, Na, Fe Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na Si, Al, K, Na, Fe, Ca, Mg

Struttura granulare granulare granulare

Grana media media media

Colore bianco, rosa, rosso, punti neri

grigio scuro viola, punti neri

Massa vol. app. 2,6 2,9 2,7

Tipologie blocco, lastra blocco, lastra blocco, lastra Lavorabilità scarsa; lucidabile scarsa; lucidabile scarsa; lucidabile

Uso muro, colonna,

pavimento muro, colonna muro, pavimento

Alterazione scagliatura, polverizzaz scalgiatura, polverizzaz

scagliatura, polverizzaz

Cause degrado cristallizzazione sali cristallizzazione sali cristallizzazione sali

(61)

Rocce metamorfiche

Denominazione GNEISS MARMO SERPENTINITE QUARZITE

Classificazione metam. regionale metam. regionale metam. regionale metam. regionale

Minerali mcc, msc calcite, qz, msc serpentino, magnetite quarzo

Chimismo Si, Al, K Ca, Si Si, Al, Fe, Mg Si

Struttura nematoblastica granoblastica nematoblastica poligonale

Scistosità elevata assente elevata elevata

Grana media variabile fine fine

Colore grigio, linee scure bianco, rosa, vene grigie verde scuro giallo, bianco Massa vol.

app. 2,6 2,7 2,6 2,5

Tipologie lastre, blocchi blocco, lastra lastre lastre

Lavorabilità scarsa ottima, lucidabile scarsa scarsa

Uso rivestimento, colonna, muro scultura, decorazione rivestimento, copertura pavimento Alterazione scagliatura erosione scagliatura, esfoliazione usura Cause

degrado cristallizzazione sali dissoluzione cristallizzazione sali azione meccanica Esempio Serizzo val d'Ossola marmo di Carrara Serpent. Val Malenco Bargiolina

61

(62)

Rocce sedimentarie

Denominazione CONGLOMERATO ARENARIA  CEM.

CALCITICO

ARENARIA 

CEM. SILICEO

TUFO

Classificazione sedimentaria

clastica sedimentaria

clastica sedimentaria clastica sedim. piroclastica Minerali variabili qz, Kfl, msc qz, Kfl, msc agt, bt, lct

Chimismo variabile variabile variabile variabile

Grana molto grossolana fine fine grossolana

Colore multiplo grigio, giallo rosso, viola grigio, giallo

Massa vol. app. variabile 2,1 2,2 1,8

Tipologie blocchi blocco, lastra blocco, lastra blocchi

Lavorabilità scarsa buona buona ottima

Uso muro muro, scultura muro, scultura muro

Alterazione erosione, distacco erosione scagliatura polverizzazione Cause degrado dissol. cemento calc dissoluzione

cemento cristallizzazione sali cristallizz. sali

(63)

Densità delle rocce da costruzione

63

(64)

Conducibilità termica delle rocce da

costruzione

(65)

Resistenza meccanica e modulo di Young delle rocce da costruzione

65

(66)

Taglio delle rocce da costruzione

l

Il blocco deve essere diviso in pezzi delle dimensioni

desiderate mediante spaccatura o segagione a seconda della natura geologica della roccia.

l

Nella divisione dei blocchi è

importante riconoscere il verso, il secondo, il contro

l Lungo il verso la roccia si divide più facilmente rispetto alle altre direzioni;

l Il secondo è normale al verso, la divisione è più difficile;

l Il contro, normale alle altre lungo la quale la divisione è nettamente più difficile

l Nelle rocce sedimentarie il verso è identificato dalle superfici di

stratificazione. Il secondo e il contro sono individuati di conseguenza. 

l Nelle rocce metamorfiche il verso è identificabile con i piani di scistosità.

l Gli strumenti necessari per dividere i

blocchi sono: cunei, battuti da una mazza in file di fori paralleli appositamente

scavati (utilizzati per rocce dure e seghe, a denti oppure senza denti in cui l'azione di taglio è dovuta al trascinamento di

granuli di sabbia (utilizzate per rocce tenere).

(67)

LAVORAZIONE MECCANICA

l Distacco

l dei blocchi dal monte viene effettuato con il filo diamantato oppure con

tagliatrici a nastro. L'allineamento dei tagli è assicurato da laser segnataglio. 

l

Trasformazione

l si procede con seghe a disco diamantato o con telai multilama ottenendo pezzi o lastre grezze di diverso spessore, lastre che

possono essere quindi lucidate a nastro continuo.

l

Finiture speciali,

l lucidatura di superfici toriche, si effettuano con utensili

appositamente sagomati.

l

Decorazione e scultura

l si procede allo sbozzo mediante carotatura e fresatura per eliminare il materiale in eccesso. Per lavori delicati, tutte le operazioni vengono effettuate con gli utensili tradizionali (subbia, scalpello, gradina, ecc.) mossi da martelli pneumatici

67

(68)

l

finissimi (fillers): < 0,063 mm

l

fini (sabbia/graniglia): 0,063 – 4 mm

l

grossi: > 4 mm:

l

ghiaietto/pietrischetto: 4 – 15 mm

l

ghiaia/pietrisco: 15 – 40 mm

Inerti

l

inerti o aggregati sono una larga categoria di materiali minerali granulari particellari grezzi usati nelle costruzioni e possono essere naturali, artificiali o riciclati da

materiali precedentemente usati nelle costruzioni

l

Gli inerti sono utilizzati in edilizia come componenti di materiali compositi, come ad esempio i conglomerati

cementizi, conglomerati

bituminosi e gli intonaci

(69)

Cava per inerti

• Produzione di inerti presso le cave di “Prefabbricati Pugliesi a Oria”

❏

69

(70)

PRODOTTI DELLA LAVORAZIONE 

l Blocchi di grandi dimensioni

l si ricavano da graniti o rocce magmatiche in genere, da rocce sedimentarie in stratificazione massiccia (alcuni calcari - Botticino), da rocce metamorfiche prive di scistosità e venature (quasi tutti i marmi). Sono adatti per fusti di colonne, architravi, statuaria.

l Blocchi di piccole dimensioni

l si ricavano da rocce sedimentarie (calcari, dolomie, arenarie, tufi) in

stratificazione media. Sono adatti alla preparazione di conci per muratura. 

Blocchi di piccole dimensioni adatti alla preparazione di elementi decorativi ricchi di ornamentazione, si ottengono da rocce sedimentarie tenere (calcari teneri, pietra di Lecce).

l Lastre di vario spessore

l si ricavano, mediante rottura, da rocce sedimentarie a stratificazione sottile (calcari, calcari marnosi). Sono adatte alle murature e alle coperture.

l Lastre di grande estensione

l molto resistenti all'usura e alla flessione si ricavano, mediante fenditura, da rocce metamorfiche di natura silicea con elevata scistosità (gneiss,

serpentiniti). Sono adatte alle pavimentazioni esterne ed alle coperture.Lastre di grandi dimensioni si ricavano, per segagione, da rocce compatte di diversa natura (graniti, calcari, marmi). Sono adatte al rivestimento di pareti ed alle

(71)

Finitura di marmi e calcari

l

I graniti, i marmi o alcuni calcari ricevono il cosiddetto pulimento ottenuto attraverso l'azione abrasiva di determinate sostanze che riducono le asperità superficiali.

!

l

A seconda del grado di pulimento si distinguono:

l

l'arrotatura (con pezzi di arenaria),

l

la levigatura (con la pomice),

l

la lucidatura (con limatura di piombo).

!

l

La superficie lavorata si definisce pelle (pelle grossolana, mezzana, liscia, levigata, lucidata). Le caratteristiche che contraddistinguono una roccia lucidabile sono: la coesione, l'omogeneità mineralogica, l'uniformità nella durezza dei componenti e la bassa porosità.

71

(72)

Pietra leccese

l

Roccia calcarea

appartenente al gruppo delle calcareniti marnose e

risalente al periodo

miocenico (23,03 a 5,332 Ma)

l

Esame petrografico

l

Carbonato di calcio (CaCO3) sotto forma di granuli di calcare e di cemento calcitico, a cui si legano glauconite, quarzo, vari feldspati e fosfati, oltre a

sostanze argillose finemente disperse (caolinite, smectite e clorite), che, nelle diverse

miscele, danno origine a

differenti qualità della roccia

(73)

Principali varietà di pietra leccese

l

la pietra saponara,

l biancastra, facilmente sminuzzabile e, come lascia intuire il nome, a

consistenza scivolosa, è scelta quasi solo per lavori di copertura a terrazzo.

La sua lavorabilità è abbastanza ostacolata proprio dalla tendenza a frammentarsi e dalle scadenti caratteristiche meccaniche.

l

la cucuzzara,

l date le non eccelse qualità meccaniche, trova anch’essa applicazione solamente come materiale per fondazioni.

l

il leccisu, o pietra gentile

l è la varietà più tenera, con un colore tendente al paglia. Questa varietà è facilmente identificabile e distinguibile rispetto ad altre, prodotte nelle

immediate vicinanze di Lecce.

l

il piromafo (o piromafu),

l la cui etimologia viene fatta risalire a Piru Machu (lotta col fuoco), ha una grande resistenza al fuoco (proprietà refrattarie) ed è particolarmente adatto, quindi, per arredi di caminetti, focolari ed elementi di contorno di tutte quelle parti possibilmente soggette e/o vicine a calore e/o fiamme (es: canne

fumarie, forni). Mostra un colore verdastro, da chiaro a scuro, per presenza del minerale glauconite, fino al grigio. In caso di impiego con funzione

strutturale, il piromafo trova applicazioni solamente nella realizzazione di fondazioni.

73

(74)

Principali varietà di pietra leccese

l

la bastarda ,

l vanta consistenza e composizione abbastanza variabili ed una tessitura molto eterogenea. Si distingue tuttavia per la sua buona lavorabilità.

l

la dolce e la dura (tosta)

l hanno buone qualità meccaniche e vengono normalmente estratte in conci da sottoporre a fresatura per la produzione di chianche a diverso spessore ed applicate come coperture a terrazzo.

l

la gagginara

l bianca e bianco-giallognola - è ampiamente utilizzata per murature a facciavista e per scultura. Per quest’ultimo scopo la varietà migliore è la bianco-giallognola.

l

la niura (o nera),

l che costituisce la parte basale dei banchi produttivi, è sfruttata pressoché solo per fondazioni.

l

la mazzara,

l a scheletro granuloso e con doti di buona tenacità, trova scarse applicazioni, costituendo anzi spesso un detrito da collocare a discarica.

(75)

Le caratteristiche geometriche dei conci in pietra leccese

l La produzione, in relazione alle caratteristiche geometriche, può essere sostanzialmente ricondotta ai seguenti tre gruppi:

l A 18÷20 x 25 x 75 cm

l B 20÷27 x 25÷38 x 50 cm

l C 18÷20 x 25÷28 x 48÷50 cm

l I tipi A) e B) sono estratti nella provincia di Lecce; il gruppo C) nelle provincie di Bari, Taranto e Brindisi. Nella provincia di Foggia è dominante la produzione di tufina.

l La modularità è vecchia almeno quanto le iniziali attività estrattive condotte in territorio pugliese.

l La "B" comunque la minore delle due dimensioni di base è l’antica unità di misura del palmo napoletano, pari a 26,45 cm.

l La costanza di questa dimensione consente di ipotizzare la consapevolezza, in parte empirica ed in parte provata nella pratica costruttiva, di aver definito un modulo, anche se semplice come il palmo.

l Questa modularità, anche se con diversità e peculiarità in rapporto alle diverse zone di estrazione, trova una sua spiegazione logica nelle maturate esigenze sia in ordine al trasporto che alla posa in opera del concio (del peso di circa 25 kg), alla disposizione della muratura, agli spessori convenienti per una muratura poco resistente agli stati tensionali, e comunque necessari per realizzare condizioni di comfort ambientale accettabili.

75

(76)

Costruzioni in pietra

l

Stone has two distinct architectural faces:

l

In monumental architecture, it stands for wealth, power, and permanence. Finely worked, accurately cut blocks, sometimes of exotic origin or polished to a jewel-like finish, characterize monumental

architecture

l

at a domestic scale and based on local craft traditions, it appears as modest, forthright, and natural. while fieldstone,

rubble, or roughly-worked stone set in thick

mortar beds are more often associated with

modest works.

(77)

Volte proprie e improprie

l Come negli archi, si distingue tra

l

volte vere e proprie, create cioè in

muratura con pietre o laterizi a forma di cuneo, con i giunti orientati verso un punto centrale,

l

volte apparenti o improprie (chiamate più genericamente coperture a

guscio), create in calcestruzzo colato, legno, cemento armato, ecc

77

(78)

Falsa volta o Volta in aggetto

(79)

Le “pagghiare” e i trulli: un’unica famiglia architettonica

79

(80)

I trulli e le costruzioni “a secco”

(81)

Volte a botte propria

l

Nomenclatura della volta a botte:

1) chiave di volta;

2) cuneo;

3) estradosso;

4) piedritto;

5) intradosso;

6) freccia;

7) corda;

8) rinfianco

81

(82)

Volta a crociera

l

Tipo di copertura architettonica formata

dall'intersezione longitudinale di due volte a botte.

l

La sua superficie è costituita da un'ossatura di quattro archi perimetrali e due archi diagonali.

Questi ultimi passano per il centro della volta e sono più grandi di quelli perimetrali.

l

Il centro è chiuso da una pietra a forma di cuneo o tronco di piramide, detta chiave di volta:

l

Dopo la messa della chiave di volta, la struttura si autosorregge, scaricando il proprio peso sui

sostegni (colonne, pilastri o altro).

l

Gli spazi tra gli archi diagonali e quelli perimetrali sono detti spicchi o vele e, talvolta, sono separati da nervature che evidenziano le superfici

architettoniche, dette costoloni

(83)

Volta a vela

l

La volta a vela è un tipo di copertura architettonica simile a una cupola a base quadrata.

l

Nella forma più semplice si tratta di una semisfera o di una calotta di sfera circoscritta in un vano quadrato, senza le parti esterne al quadrato

83

(84)

ALTERAZIONI MACROSCOPICHE DEI MATERIALI LAPIDEI

l

SENZA PEGGIORAMENTO DELLE CONDIZIONI: 

Alterazione cromatica, Macchia, Patina

l

PERDITA DI MATERIALE DALLA SUPERFICIE: 

Erosione anche differenziale, Pitting, Alveolizzazione

l

PERDITA DELLA MORFOLOGIA DEL MANUFATTO:  

Disgregazione – Polverizzazione, Esfoliazione, Scagliatura, Distacco, Mancanza - Lacuna

l

DEPOSIZIONE E/O FORMAZIONE DI PRODOTTI SECONDARI: 

Concrezione – Incrostazione, Deposito superficiale, Crosta, Efflorescenza, Pellicola, Patina biologica

l

RIDUZIONE DELLA RESISTENZA MECCANICA: 

Deformazione, Rigonfiamento, Fratturazione

l

COLONIZZAZIONE BIOLOGICA 

Si riportano ora le definizioni relative a ciascuna forma di alterazione

secondo quanto riportato nella Raccomandazione NORMAL 1/85. Le

corrispondenze con i termini in lingua inglese sono state verificate

direttamente su testi a stampa e pubblicazioni specialistiche.

(85)

Alterazione da piogge acide

l

Piogge acide: pH < 5,6-5,8

l

Più correttamente: deposizioni acide

l

L’acidità dipende dall’equilibrio tra fasi condensate e gas presenti nell’atmosfera

l

Anidride carbonica e acqua in atmosfera, le quali reagiscono insieme a formare acido carbonico

CO

2

+ H

2

O >>> H

2

CO

3

CaCO

3

+ H

2

CO

3

>>> Ca(HCO

3

)

2

l

ossidi e subossidi di azoto e acqua in atmosfera, reagiscono insieme a formare acido nitrico

NO

2

+ H

2

O >>> HNO

3

! CaCO

3

+ HNO

3

>>> Ca(NO

3

)

2

+ NO

2

85

(86)

Croste nere e Solfatazione delle rocce carbonatiche

! SO

2

+ H

2

O >>> H

2

SO

4

! CaCO

3

+ H

2

SO

4

+ H

2

O >>> CaSO

4*

2H

2

O + CO

2

!

l

Le croste nere sono costituite da cristalli di carbonato di calcio, di nitrato e solfato di calcio.

l

Queste sostanze si formano per azione della pioggia acida sulla superficie del marmo, sono sciolte nella pioggia.

Quando, per evaporazione dell'acqua, si ridepositano, inglobano particelle

carboniose nere.

(87)

PERDITA DI MATERIALE

l

EROSIONE [surface erosion, surface reduction, roughening]

l

Asportazione di materiale dalla superficie che nella maggior parte dei casi si presenta compatta.

l

EROSIONE DIFFERENZIALE [differential erosion

l

Messa in risalto dell’eterogeneità di motivi tessiturali o strutturali tipici del materiale lapideo.

l

PITTING [pitting]

l

Formazione di fori ciechi, numerosi e ravvicinati. I fori hanno

forma tendenzialmente emisferica con diametro massimo di pochi millimetri.

l

ALVEOLIZZAZIONE [alveolization, honeycomb, cavernous decay]

l

Formazione di cavità di forma e dimensioni variabili, dette alveoli, spesso interconnesse e con distribuzione non uniforme.

87

(88)

PERDITA DELLA MORFOLOGIA

!

l DISGREGAZIONE [disaggregation, granular disintegration, crumbling]

l Decoesione con caduta del materiale sotto forma di polvere o minutissimi frammenti.

l ESFOLIAZIONE [exfoliation, contour scaling, flaking]

l Formazione di una o più porzioni laminari, di spessore molto ridotto e subparallele tra loro, dette sfoglie.

l SCAGLIATURA [scaling, spalling]

l Distacco di parti di forma irregolare e spessore consistente e non uniforme, dette scaglie, spesso in corrispondenza di soluzioni di continuità del materiale originario.

l DISTACCO [detachment]

l Soluzione di continuità tra strati superficiali del materiale (ad esempio un intonaco), sia tra loro che rispetto al substrato; prelude, in genere, alla caduta degli strati stessi. Nelle pietre le parti distaccate assumono spesso forme specifiche in funzione delle

caratteristiche strutturali e tessiturali dando luogo a scagliatura, esfoliazione , crosta.

l MANCANZA [loss]

l Perdita di elementi tridimensionali (braccio di una statua, ansa di un'anfora, brano di una decorazione a rilievo, ecc.).

l LACUNA [lacuna]

l Assenza di parti con sviluppo prevalentemente bidimensionale (parte di un intonaco e di un dipinto, porzione di impasto o di rivestimento ceramico, tessere di mosaico, ecc.).