Slides Rocce Geologia

Modulo di Geologia Applicata (CL Ingegneria Civile n.o.) Dr. LAURA ERCOLI

Università di Palermo Facoltà di Ingegneria Corso di laurea

Ingegneria Civile

Laura Ercoli

Geologia Applicata Parte I Litologia generale 1


ELEMENTI DI LITOLOGIA GENERALE

L’origine e la classificazione delle rocce

Dr. Laura Ercoli

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Definizioni Roccia : qualsiasi massa minerale o amorfa che forma parte della crosta terrestre Roccia monomineralica : costituita da un solo minerale Roccia polimineralica : costituita da più di un minerale Materiale lapideo di pregio: qualsiasi roccia tagliabile e lucidabile (marmo in senso commerciale) Marmo : (in senso geologico) roccia carbonatica di origine esclusivamente metamorfica

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Le rocce impiegate come pietre da costruzione: esempi

MARMO

LAPIDEO DI PREGIO 4

2


Le rocce impiegate come pietre da costruzione: esempi

Calcare

Gneiss

R. MONOMINERALICA

R. POLIMINERALICA 5


I minerali : definizioni Minerale: corpo solido, omogeneo, con struttura atomica continua e costante nell’unità minerale, con composizione chimica ben definita e con struttura cristallina Sostanze rocciose amorfe: corpi rigidi, privi di una struttura cristallina Nelle rocce si distinguono •Minerali o sostanze amorfe costituenti , che formano la maggior parte del volume della roccia •Componenti minerali o amorfi accessori, che sono presenti in piccole quantità, ininfluenti ai fini classificativi, ma che possono condizionare fortemente il colore o l’alterabilità di una roccia 6

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Origine delle rocce ignee La formazione delle rocce è incessante sulla e nella crosta terrestre ed avviene secondo un ciclo detto ciclo petrogenetico. Il fluido indifferenziato del mantello risale attraverso spaccature della crosta terrestre e forma il magma che, raffreddando, cristallizza o vetrifica dando origine alle rocce ignee e a gas e vapore acqueo che si immettono 7 nell’atmosfera e nell’idrosfera


Origine delle rocce sedimentarie Atmosfera ed idrosfera da una parte rendono possibile l’esistenza della biosfera e cioè degli organismi che con i loro prodotti metabolici e catabolici formano accumuli di depositi organici, dall’ altra generano correnti di fluidi che attraverso processi di degradazione, erosione e trasporto sgretolano i materiali preesistenti dando origine ai sedimenti . I sedimenti organogeni o detritici, attraverso i processi di diagenesi formano le rocce sedimentarie

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Origine delle rocce metamorfiche Le rocce preesistenti in seguito a seppellimento profondo, riscaldamento e forte compressione danno origine alle rocce metamorfiche. Queste, se raggiungono zone della crosta molto profonde, con fenomeni di rifusione completa o parziale (anatessi) formano nuovi magmi. Gli stessi processi possono investire le rocce dello stesso gruppo e quindi si possono avere rocce sedimentarie policicliche, rocce ignee di origine anatettica, 9 rocce polimetamorfiche


Ciclo petrogenetico

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5


Cos’ è una sezione sottile …….. Sezione sottile: lamina di roccia spessa 0,03mm incollata su un vetrino con collanti otticamente inerti ( p. es. Balsamo del Canada)

Sezione sottile colorata con alizarina S: presenta una colorazione selettiva (staining) per facilitare la distinzione dei carbonati (dolomite grigia, calcite rosa 11 arancione)


……. a cosa serve

Permette di osservare le rocce con il microscopio petrografico in luce trasmessa polarizzata secondo un piano (PPL) o secondo due piani ortogonali ( XPL) Serve per analizzare la tessitura della roccia e per individuarne i componenti cristallini od amorfi

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L’ identificazione e la classificazione delle rocce Classificazione genetica classificazione composi zionale (scala del campione da laboratorio) Car att er ist ich e da osser va re p e r l’id e n tifica zion e e la cla ss ifica zion e d e lle rocc e

Te ss itu r a : ins ie me de lle car a tte rist ich e g eo m e tr ich e d e i gra n i ch e co m p o n go no la ro ccia ( fo rm a d ei g ra n i ,co nt a tti tr a i g ran i, o rie nt a zi on i p ref e re n z ial i d e tta an ch e fa b ric o str u ttu ra-, d istr ib uz io n e d ei co m p o n e n ti) è fo rt e m e nt e d iffer e n z iata tra le tr e p rinc ip al i fam ig lie d i ro cce Gr a na: dim e n sio n e d ei g ra n i ch e co mp o n go n o u na ro ccia Co mp o s izio n e : a bb o n da n za re lat iv a d ei m in e ra li ch e co mp on g o n o la ro ccia Pa r a ge n es i: o rd in e di for maz io n e d e i co m p o n e nt i 13


Tipologia dei campioni e sa me dei caratte ri organole ttici, in sito Cam pioni ma cro scopici: qua litativa, in sito de te rmi nazione d e lle pro prie tà fisiche quantitaticv a , in labora torio e sa me al micr oscop io ott ico Cam pioni micros copici: analisi chimi che e ro entgeno gra fiche (raggi x)

Per l’esame organolettico, che permette il riconoscimento di massima del litotipo, ci si avvale dei propri sensi, osservando la superficie di rottura che si genera , al momento del prelievo, per percussione del campione asciutto

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7


Procedura di riconoscimento La procedura da seguire si avvale del sistema per “chiavi”, in cui a partire dalla scelta tra caratteristiche evidenti e ben distinte,(ad esempio la tessitura), per opzioni successive tra diverse alternative, si giunge alla diagnosi. Per riconoscere le rocce è necessario riconoscerne i costituenti, ed in particolare i minerali più ricorrenti Anche in questo caso ci si avvale del sistema per chiavi, in cui la caratteristica di partenza è il tipo di sfaldatura 15


Procedura di riconoscimento Per identificare le rocce è prima di tutto necessario individuarne i componenti e quindi riconoscere i minerali principali e le sostanze amorfe in esse contenute Il riconoscimento macroscopico dei minerali più comuni è possibile attraverso l’osservazione di alcune caratteristiche tipiche come la sfaldatura, la lucentezza, la durezza….. 16

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Riconoscere i minerali: la sfaldatura Molti minerali, alla frattura per percussione, presentano superfici di rottura preferenziali, piane, parallele a possibili facce del cristallo, che formano angoli costanti tra loro. Tali piani si sviluppano in corrispondenza delle superfici del reticolo cristallino lungo le quali si concentrano i legami atomici più deboli. La perfezione della sfaldatura è inversamente proporzionale alla forza dei legami atomici su quel piano. Alcuni minerali sono privi di superfici di sfaldatura e si rompono secondo superfici del tutto irregolari e di forma assolutamente casuale. Il numero di piani di sfaldatura e l’angolo tra di essi 17 è diagnostico per i vari minerali


Tipologia di Sfaldatura (cleavage)

Sfaldatura

un piano

due piani

Frattura

tre piani

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9


Esempio: sfaldatura secondo un piano

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Gesso selenitico


Esempio: sfaldatura secondo un piano

Biotite

Muscovite

20

10


Esempio: sfaldatura secondo due piani

Ortoclasio

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Esempio: sfaldatura secondo tre piani

Calcite

Salgemma

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11


Esempio: sfaldatura assente

Zolfo

Quarzo

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Classificare un campione

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IDENTIFICAZIONE PER CHIAVI /1 Campion e di m inerale S faldatura assente o poco d istint a Sfaldatu ra distinta Vai a 1 Vai a 2 • Suppon iamo di avere un campion e di un individuo con sfaldatu ra assen te o po co distin ta, si p assa alla chiav e 1 • Suppon iamo di avere un campion e di un individuo con sfaldatu ra distinta, si pa ssa alla chiave 2 1 (Individuo con s faldatu ra assente o poco di stinta) opzion i: • splendore delle superfici v itreo con riflessi v ari vai a 3 • splendore metallico vai a 4 • splendore matto o qu asi, o non b en de finibi le v ai a 5 • splendore serico (simi le alla seta) vai a 11. Suppon iamo d i avere un c ampion e di un ind ividuo con sp lendo re vitreo,si pa ssa alla chiave 3

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IDENTIFICAZIONE PER CHIAVI /2

• • • • • •

2 (Individuo con s faldatu ra distin ta) opzion i: un pi ano di facile sfaldatura vai a 12 2 piani ad angolo retto vai a 13 2 piani ad angolo qu asi retto vai a 14 3 piani ad angolo retto vai a 16 3 piani ad angoli d iversi dal retto, ma ugu ali tra loro più di un p iano, m a non ben d istinguib ili gl i angol i

3 ( individuo c on sfaldatura assente o poco distinta, vitreo) opzion i: • non si incide con un a punta metallica vai a 6 • si incide facilmente con una pun ta metallica v ai a 8 • si incide con l’unghi a vai a 9

v ai a 17 vai a 19 splendore

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IDENTIFICAZIONE PER CHIAVI / 3

• Supponiamo di avere un campione che si incide con l ’unghia, si passa alla chiave 9 …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… 9 ( individuo c on sfaldatura assente o poco distinta, splendore vitreo, si incide con l’unghia opzioni: colore chiaro, colore della stria bianco, all’incisione stride e dà polvere in grani quasi isometrici, alla fiamma dà colorazione rosso mattone, si disidrata e diventa bianco e polverulento: gesso microcristallino in acqua si rigonfia o si spappola: minerale argilloso vai a 23 Non si spappola : è gesso microcristallino. 27


Rilievo dei caratteri organolettici per l’ identificazione e la classificazione macroscopica di una roccia /1 Osser va zione

Ca ra tte ris tica

Ta tto Lisc ia Ruvida Sca bra

gra nulome tria , form a de i gra ni, omog e ne ità te ss itur a le

Tipo di superf icie Asciutta Umi da Untuosa

Consiste nza

Com pa tta Friab ile Polve rule nta

com posizione

sta to di a ggreg a zion e ,coe sione , omog e ne ità te ssitural e

se ns a zion e te mp. fre dda Ca pa cità te rmic a (qua lita tiva)

com posizion e se nsa zion e tem p. am bie nte

Dur e zza re siste nza al l’incisione con un ghia o punta me ta llica

compo sizione, sta to di ag gre ga zione

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(qua lita tiva )

De ns ità

compo sizione, sta to di ag gre ga zione

(va lutazi on e de l pe so risp e tto a l volum e qua lita tiva

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Rilievo dei caratteri organolettici per l’ identificazione e la classificazione macroscopica di una roccia /2 Vist a Dime ns io ne d e i gr an i

te ss itur a

Form a d e i gr a ni

Colo re

te ss itura , com po sizion e

Ere dita to (d a d e tri ti co sti tue nti) Pr imar io (d ei mi n e r a li co sti tue nti o a cce s so ri) Se co nd a rio ( d a a lte ra zio ne ) Del le polv e ri Per strofin a me nto

Ad a ma ntino Ve tro so Re s ino so Me ta llico Ma dre p e rl a ce o Sp le ndor e d e lle s up erfi ci Iri da to Cer oso Gra ss o Terr oso Ma tto Op a co Tipo di fra ttura

com po sizio ne , m a no n s e m pre dia gn os tico

dia gno st ico

compo sizio ne

29 compo sizio ne, sta to d i ag gre ga zio ne , tess itura , gra n ulom e tri a


Rilievo dei caratteri organolettici per l’ identificazione e la classificazione macroscopica di una roccia /3 Gus to

Sa por e

sa la to ca us tico amar o a strin ge nte picca nte dol ce a lla pp a n te

compo sizio ne

Olfat to Pe r roc ce c ont en e nti compo ne nti vo la tili, od ore c he si svilu pp a s po nta ne a me nte , per fri zione , pe r tritur a zion e , p e r p e rc uss ione, per i ns uffla zio ne d i ari a , per im bibizion e di a cqu a

compo sizio ne

Udito per per cu ss io ne, per a tta cco c himi co per im bibizion e

com po sizion e , sta to di aggr e ga zio ne , poro sità

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ROCCE IGNEE

Dr. Laura Ercoli


Rocce ignee

Derivano dal raffreddamento di magmi con processi di

cristallizzazione totale o parziale associati o meno a processi di vetrificazione totale o parziale. Si classificano in base alla composizione mineralogica o alla composizione in “ossidi” (per le sostanze vetrose) e alla tessitura. Si distinguono in rocce ignee intrusive o plutoniti e rocce ignee effusive o vulcaniti 32

16


Rocce ignee intrusive

Cristallizzano dentro la crosta terrestre, in grandi ammassi (batoliti) o in filoni ed hanno tessitura olocristallina e porosità pressochè nulla.

33


Rocce ignee effusive

Derivano dal raffreddamento delle lave e cioè da eruzioni subaeree o sottomarine e quindi litificano sopra la crosta terrestre o sui fondali marini. Non sempre sono totalmente cristalline, anzi spesso contengono sostanze allo stato amorfo (vetrofiri). Possono avere tessitura porfirica o afanitica .

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17


Tipi di magmi

Chimismo Profondità

magma basaltico basico da 50 a 100 km

Temperatura

1200°- 1500°

magma granitico acido < 20 km 550°- 800°

Viscosità

bassa

alta

Effusività

alta

bassa

Rocce effusive Rocce intrusive

basalto frequente gabbro raro

riolite rara granito frequente 35


Classificazione rocce ignee Diagramma QAPF Incompatibilità tra quarzo e feldspatoidi In caratteri maiuscoli nomi delle rocce intrusive In caratteri minuscoli quelli delle corrispondenti rocce effusive 36

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Gruppi di rocce

Rocce soprassature o granitoidi (acide): Quarzo (Q)>20% Rocce sature : Quarzo = 0- 5% Rocce sottosature (Basiche) : Feldspatoidi (F) >5%

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Rocce ignee: identificazione macroscopica

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Principali tessiture effusive Vetrofirica bollosa

Afanitica oloialina Ossidiana

Lava scoriacea

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Tessitura vetrofirica Ossidiana

7x lr

Tipica frattura concoide,con superfici curve separate da creste sottili e taglienti

40x lr

40

20


Principali tessiture effusive Porfirica Porfido

Sez. sott 12x. XPL

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Principali tessiture effusive Porfirica Limburgite

sez. sott. 12x XPL

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Piroclastiti da accumulo subarereo: tefra e tufi “Fragmental” Tufo saldato

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Piroclastiti da effusioni sottomarine: agglomerati vulcanici

Colata di pillow lava su fondale Ialoclastite di Aci Trezza marino

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Principali tessiture intrusive Olocristallina inequigranulare allotriomorfa Gabbro

Sez. sott. 12x XPL 45


Principali tessiture intrusive Olocristallina inequigranulare subidiomorfa Sienite


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Principali tessiture intrusive Olocristallina equigranulare subidiomorfa Diorite

Sez. sott. 12x XPL

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Rocce effusive sottosature Feldspati sodico potassici Fonolite

Sez. sott. 12x XPL

Feldspati calcico sodici Tefrite


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Rocce intrusive basiche Gabbro .12x lr

Sez. sott.12x XPL

•Ricche di feldspati calcico sodici 49


Rocce effusive basiche Effusiva : Basalto Sezione sottile12 x XPL

50

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Rocce intrusive intermedie Diorite 16x lr

Sezione sottile 12x XPL

•Ricche di feldspati calcico sodici 51


Rocce effusive intermedie

Andesite

Sez. sott.12x XPL •Ricche di feldspati calcico sodici

52

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Rocce intrusive ed effusive intermedie Sienite

Trachite

Sez. sott.12x XPL

Sez. sott.12x XPL

•Ricche di feldspati sodico-potassici (alcalini) 53


Rocce intrusive acide •Ricche di feldspati calcico sodici, •con quarzo

Granodiorite

Quarzodiorite

12x lr

12x lr 54

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Rocce intrusive acide Granito

7x LR

•Ricche di feldspati sodico potassici, •con quarzo 55


Rocce effusive acide Riolite: Liparite •Ricche di feldspati sodico potassici, •con quarzo

sez. sott.12x XPL 56

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ROCCE METAMORFICHE Dr. Laura Ercoli


Origine Derivano dalla ricristallizzazione allo stato solido, senza quindi subire processi di fusione, di rocce preesistenti (ignee, sedimentarie, metamorfiche) prodotta da: •innalzamento della temperatura fra 200° e 600°800° •pressioni fra 0 e 8 kb •spinte tettoniche orientate •presenza di piccole quantità di fluidi interstiziali 58

29


Tipi di metamorfismo Contatto crosta oceanica-mantello

Contatto crosta continentale mantello

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Tipi di metamorfismo •Metamorfismo di contatto : si verifica nelle rocce incassanti masse magmatiche intrusive •Metamorfismo regionale : si verifica in zone sottoposte a intense deformazioni tettoniche, nel caso di subduzione tra due masse continentali, è di altissima pressione • Anatessi: è il campo di confine con il plutonismo, comporta la parziale o totale fusione delle rocce preesistenti

60

30


Gradi di metamorfismo Bassissimo

Basso

Medio

Alto

61


La complessità del metamorfismo Un esempio. Data la stessa composizione chimica di partenza (protolito) • se questo è composto da un’alternanza di livelli decimicrometrici di calcite ed argilla, il metamorfismo produrrà un unico strato composto da silicati di calcio, •se esso invece è composto da uno sedimentaria metamorfica straterello millimetrico di calcite a calcite marmo contatto con uno straterello di argilla si origineranno tre diversi materiali: un argilla fillade livello di marmo, un livelletto intermedio di silicati di calcio, ed un silicati livello di fillade di calcio 62

Protolito

Esempio tratto da D’Amico,Innocenti,Sassi

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Classificazione tessiturale delle rocce metamorfiche

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Marmo

Gneiss

R. MONOMINERALICA

R. POLIMINERALICA 64

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Rocce metamorfiche non scistose Tessitura: omeoblastica poligonale MARMO

Sezione sottile12x XPL

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Rocce metamorfiche non scistose Quarzite

Microfotografia 12x lr 66

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Metamorfismo di rocce basiche : bassissimo grado e bassa pressione Diabase

Sezione sottile12x XPL 67


Metamorfismo di rocce basiche: basso grado e alta pressione Tessitura porfiroblastica

Anfibolite


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Rocce metamorfiche non scistose di medio grado

Fels granatifero 69


Rocce metamorfiche non scistose di medio grado Tessitura: eteroblastica- peciloblastica Fels granatifero

Microfotografia 12x lr


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Rocce metamorfiche scistose di basso grado Fillade


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Scistosità nelle filladi Sez. sott. 25x XPL

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Rocce metamorfiche scistose di medio grado Micascisto


73


Rocce metamorfiche scistose di alto grado Alternanza di tessitura lepidoblastica - granoblastica Gneiss

Sezione sottile12x XPL

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Struttura gneissica occhiadina Sezione sottile 20x PPL

75



ROCCE SEDIMENTARIE

Dr. Laura Ercoli

38


Origine Si formano per accumulo di sedimenti. I sedimenti sono costituiti da • frammenti di rocce pre-esistenti (clasti) • sali da precipitazione diretta da soluzioni • prodotti dell’attività biologica (fossili) In seguito a fenomeni di diagenesi possono litificare

77


Si distinguono rocce monomineraliche , costituite da un unico minerale, e polimineraliche, costituite da più minerali Calcare

R. MONOMINERALICA

Argilla scagliosa

R.POLIMINERALICA 78

39


Le famiglie di rocce sedimentarie

evaporitiche

Rocce di origine chimica

incrostanti organogene

Rocce clastiche 79


Rocce organogene e detritico organogene

Derivano dall’accumulo di sedimenti di origine organogena associati o meno a frammenti detritici e dalla loro successiva diagenesi, che porta alla litificazione. Si classificano in base alla tipologia e all’abbondanza relativa dei grani e al tipo di cemento. 80

40


Rocce detritico - organogene: classificazione macroscopica

BIOMICRITI

BIOSPARITI 81


Micrite e Sparite GRANULI CARBONATICI

Φ < 5µ

Micrite

Φ > 5µ

Sparite Sezione sottile 40x XPL

82

41


Rocce organogene Biogene Madrepora attuale

Madrepora fossile

83


Calcari organogeni Bioclasto


84

42


Dolomia


85


Calcare organogeno


86

43


Calcare

87


Peliti: calcari marnosi

TRUBO


44


Foraminiferi fossili



Trubo Sez . Sott 50x XPL

90

45


Peliti: calcilutite LATTIMUSA


91


Foraminiferi fossili


92

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Marna da cemento

93


Classificazione e nomenclatura calcari - arenarie A r e n a r i a

Arenaria calcarea

Calcare arenaceo

C a l c a r e

0 10 50 90 100 %grani carbonatici

94

47


Classificazione calcari-argille

Litologica

Commerciale 95


Rocce organogene silicee: diatomiti Tripoli 144x LR

96

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Rocce organogene silicee: diaspri Diaspro 90x LR

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Frattura concoide


98

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Rocce clastiche

Derivano dall’accumulo di frammenti detritici (clasti) e dalla successiva diagenesi, che può portare alla litificazione. Si classificano in base alla composizione dei clasti ed alla loro granulometria

99


100

50


Rocce clastiche: identificazione macroscopica

RUDITI

ARENITI

SILTITI 101

ARGILLITI


Ruditi Conglomerato poligenico Elementi: arrotondati Clasti prevalenti: ortoconglomerato Matrice prevalente. paraconglomerato

102

51


I flysch Alternanze più o meno regolari di strati di rocce clastiche a diversa granulometria In questo esempio conglomerato ed arenaria

Flysch di Reitano

103


Ruditi Breccia monogenica

Elementi: spigolosi Matrice assente “pulita” Matrice prevalente “Sporca”

104

52


Arenaria conglomeratica Prevalgono i grani arenacei

105


Conglomerato con matrice arenacea

106

53


Arenarie: quarzarenite


107


Areniti: arcose

Arcose


Arenazzolo

108

54


Areniti: grovacca “Tufite” di Tusa



Siltiti Siltite calcarea

Microfotografia 40x lr110

55


Argille ed argilliti Argilla scagliosa

111



Caolino


56


Vermiculite


113


L’ origine delle argille

caolinite montmorillonit e

caolinite illite clorite

sericite clorite

glauconite sericite, illite, clorite 114

57


Gli ambienti di formazione Alta piovosità pH decrescente Alta mobilità Ca e Mg

Bassa piovosità pH crescente Bassa mobilità Ca e Mg

Rapporto Si/Al =1/1

Rapporto Si/Al =2/1

Argille tipo T-O

Argille tipo T-O- T

Gruppo caolinite

Gruppo montmorillonite 115


I reticoli dei minerali argillosi non espandibili

Legenda 116

58


I reticoli dei minerali argillosi non espandibili

117


I reticoli dei minerali argillosi: espandibili o smectici

Legenda

118

59


Rocce chimiche di precipitazione inorganica

Derivano da soluzioni sovrassature per modificazioni dei parametri fisicochimici ambientali. Si distinguono in rocce chimiche incrostanti e da cristallizzazione capillare e in rocce evaporitiche 119


Rocce chimiche di precipitazione inorganica: il travertino….

Alcamo

Monreale

120

60


…...come si forma

Per decremento del contenuto di anidride carbonica nell’acqua fluente o percolante Cause della perdita di anidride carbonica •Agitazione dell’acqua (cascate, rapide, gorghi) •Attività biologica dei vegetali

121


Rocce incrostanti: Alabastro calcareo….


122

61


… come si forma Perdita di anidride carbonica per variazioni di pressione Dove si forma •Cavità sotterranee •Discontinuità negli ammassi rocciosi Strutture tipiche Stalattiti Stalagmiti Cortine Incrostazioni

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Rocce evaporitiche •Si depositano in bacini evaporitici od endoreici nei quali l’evaporazione è superiore agli apporti idrici •I sali precipitano in ordine inverso alla loro solubilità Nell’ordine : Carbonati Solfati idrati Solfati anidri Cl i

124

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Rocce evaporitiche: calcare evaporitico Calcare “perciuliato” o “ brecciato”

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Rocce evaporitiche: Gesso Gesso

balatino

selenitico

alabastrino

126

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Rocce evaporitiche: halite Salgemma

127


°°°°°°°° Le immagini delle rocce a scala macroscopica e microscopica,scattate dall’autrice, sono di campioni appartenenti alla collezione del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica dell’Università di Palermo. °°°°°°°° Si diffida dall’impiego, dalla riproduzione e dalla diffusione delle immagini contenute nella presente presentazione, anche citando la fonte 128

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