RENDICONTI Sodd4 1to/lanCl tU JfintrCllogla e Pefrolovla. :J'1 (Il. 1911: pp. 111-171

LUIGI DELL'ANNA·. VINCENZO RIZZO ••, ANTONIO SIMONE •••

COMPOSIZIONE MINERALOGICA E GRANULOMETRICAE ALCUNE CARAITERISTICHE GEOTECNICHE DELLE ARGILLE

INFRAPLIOCENICHE DELLA MEDIA VALLE DEL F. CRATI.CARAITERI DISTINTIVI DELLE ARGILLE IN FRANA ....

RIASSUNTO. - In relazione ai contribUii che la mineralogia può fornire alla risoluzionedi problemi riguardanti i fenomeni franosi, sono stali esaminati 67 campioni di argilla delPliocene inferiore prelevati da affioramenti, interessati e non da fenomeni franosi, delIa mcdiavalle dci F. Crati (Calabria). Si trlUa di argille sillOsc con S9 % di clay « 4 1Ufl) e)6 % di silt (4-6l 1UIl), mineralogicamcme COsliNite da minerali argillosi (i = 64 %) e dacarbonati (i =2l %), assodati a modeste quantitil di quarto e feldspt:ti li =l} %) e Itracce di midx: (musoovite, biotite e pt:ragonitel, granati pira1spitici, ossidi e idross.icli diferro (magnetite, ematite, ilrnenite e gocthite), pirite, gesso e sillimanite. I minenli argillosisono rappresenuti da IDOI'ItmOri11onite (i = 26 %), illite (i = 21 %), clorite (i = Il "),caolinite li = 6 %) e da tracce di 51rati misti irrqolari illitc-5tnCCtite, smcctite<lorite evenniculite-smcctite; i carbonati da prevalente calcite li = 19 %) e da subordinata dolomite(i = 4"I. In genere le argille: interessate da frane sono, rispello alle a1uc, granulometri­amente più fini (fm. < 2 110m: i = SI": % contro 42,8 %; dlY: i = 62,4" contro S4,7 %;Md: i = 2,,: lUIl conuo l,7 110m) e mincralogicamc:nte più ricche di minerali ugillo5.i(i = 68 % conuo 61 ';1» e, fn essi, di montmOrillonite (i = J2 % contro 21 "l. Dal puntodi vista guneenico appancngono Illa famiglia delle Irgille inorganiche a medio-aIu plasticitile con Ittivitil colloidale medio-bassa. l parametri geotecnici cletetminati risultano amdatilineannen.te e positivamente con i contenuti di OlOntmorillonite, di minenli argillosi e difruiooe propriamente argillosa. Essi sono anche coa=ti con le differenze oomposizionaliriscontnte fn le argille in p3StO e le Irgille in frana.

AB5TUCT. - 67 samples of Infnpliocene ... Argille grigio.azzurre _ from outcrops ofthe River Cnlti Vallcy (Calabria l, have betn examine<! Erom tbc: minenlogica1 100 grain·sizepoints of view. Moreovet, tbc: main geclIechnica1 charaeteristics of tbc: samples have becndetermined. !be samples are silty clay with S9 % of clay and J6 % of silt. Mincra10gicallythcy conlain clay minerals (i;; 64 %) and carbonates (i "" 2l %) with scara: amOllOtsof quartz and fcldspars (i = n %) and with tra!:es of muscovite, biotite, pirite, gypsumand sillimanite. !be day minerals are montmorillonite (i = 26 '}'o), iUite (i;; 21 %), chiarite(i = Il '}'o), kaolinite (i = 6 %) and irregular mixcd Iayen of iIlitc-smectite, smcctitc-chloriteand vermiculite-smectite; the carbonltcs are. calcite (i = 19 %1, dolomite (i = 4 %) andaragonite (traccs). Compared with the othe", the claYI from aretl with landdide phcnomenl

• htilUto di Mineralogia e Pelfogrll6.a, Università di Bari. .. IstiNto Rkerche per laProtezione Idrogeologica, Cosenza. U. Dipartimento dd1e Scienze della Terra, Univenitilddla Calabria. .,.u l.a1l'Oro eseguito con il contributo liraruiario del C.N.R.: ProgettOfinalizzato ... Consetvaziooe del Suolo _ • Sonoprogetto ... Fenomeni FfIllO$i _ e fondi dell'istiNtORicerche Protezione IdrogeoJogil::a di Co5crwI. Pubblicuione n. 160.

162 L. DELL'ANNA, V. RIZZO, A. SIMONI':

are: linee in gfain-sizc oomposition « 2 IJ.m: x=: 51.5 % instead of 42,8 %; day: x = 62,4 r~

irum:ad of 54,7 %; Md: i = 2,5 !J;m instead of 3,7 J.lm) and contain larger 8.l1lQunts of dayminerals (i = 68 % instead of 61 %) md monlmorillonitc (i = J2 % instead 21 %).From a geoteçhnical poim of view, the samples examined are inorganic clay!with medium.high degfl~e of plasticity and medium·low colloidal activity. The geolechnicalparametcrs turn QUI lO be lineady and positive1y corrdated with thc 8.IDounts of monlmorillonite,day minerais and day proper. They are also consistent with thc compositional differeocesobserved between the days from arellS with landslide fenomena lInd thc others.

Premessa

In un lavoro precedente (DF.u.'ANNA e RIZZO, 1979) è stato affrontato, pressol'Istituto per la Protezione Idrogeologica (IRPI) di Cosenza e l'Istituto di Mine­ralogia di Bari, lo studio di alcuni campioni di argille grigio-azzurre infraplio­ceniche della media valle del F. Crati, nell'ambito di ricerche relative alla tema­tica c: Influenza della mineralogia e geochimica sul comportamento geotecnicodelle masse in frana:. del Progetto finalizzato c: Conservazione del Suolo ­Sottoprogetto Fenomeni Franosi :.. In detto lavoro sono stati evidenziati interessantidati composizionali e significative relazioni fra composizione mineralogica ecomportamento geotttnico delle. masse argillose considerate; è stato notato, tral'altro, che i campioni esaminati sono relativamente ricchi di montmorillonitei cui contenuti risultano positivamente correlati con i valori dei limiti di Atterberg.Tuttavia, data la vastità delle argille considerate, lo studio, inteso come primoapproccio alla tematica di cui sopra, è stato rivolto ad un limitato numero dicampioni provenienti da un'area piuttosto ristretta, e relativamente poco dissestatadella media valle del F. Crati, con lo svantaggio pertanto di non poter disporredi alcuna informazione sui caratteri di persistenza della composizione minera­logica evidenziata, sulle relazioni riscontrate e sulle possibili differenze composi­zionali e geotecniche fra campioni di affioramenti a diversa frequenza di dissesto.

Allo scopo di ottenere anche informazioni di questo tipo lo studio è statoripreso nel presente lavoro che prende in esame un numero piuttosto consistentedi campioni provenienti da un'area relativamente estesa della media valle delF. Crati e che comprende sia depositi di argille grigio-3zzurre fortemente disse­stati e sia depositi in cui la frequenza del dissesto è da ritenersi piuttosto bassa.

Per i caratteri geomorfologici delle argille grigio-azzurre affioranti nell'areaconsiderata si rimanda al già citato lavoro di DELL'ANNA e RIZZO (1979) e allabibliografia in esso riportata.

Campionamento e metodi di 8tudio

Per i fini che il lavoro si propone il campionamento è stato eseguito inmaniera da poter disporre di due gruppi di campioni, uno rappresentativo diargille fortemente dissestate (fig. 1) e l'altro invece di argille che, almeno morfo-­logicamente, sembrano mediamente poco interessate da fenomeni di dissesto.

COMPOSIZIONE MINERALOCICA E GRANULOMETRICA ETC. 163

I campiOni (37) del primo gruppo sono stati prelevati direttamente da corpidi frana mentre quelli (32) del secondo verosimilmente da argille in posto.Per i necessari confronti la campionatura è stata guidata anche in maniera chei due gruppi di campioni, rappresentativi dei due .suddetti tipi di argilla, fosseroomogenei oltre che per età anche per i caratteri morfometrici ed agrari (in sensolato) dei pendii di campionamento.

Per quanto riguarda l'età, ciascun campione prelevato è stato scelto solodopo essere stato sottoposto ad analisi micropaleomologica. A tale proposito si farilevare che tutti i campioni scehi sono risultati costituiti da Foraminiferiplanctonici e bentonici, con i primi molto più rappresentati dei secondi. Fra iplanctonici le forme più rappresentative e più abbondanti 'sono quelle apparte­nenti alla famiglia delle GLOBICEAINlDAE: Orbulina universa d'ORBIGNY, Orbu­lina suturaJù BRONNIMAN, Globigerina bulloides d'ORBICNV, Globigerina falconensùBLOW, Globigen'na calida praecalida BLOW, Globigerinoides obliquus extremusBOlli e BERMUDEZ, Globigerinoides quadrilobatus quadnJobatus (d'ÙRBIGNY),Globigerinoides obliquus obliquus BOLLI, Globorotalia acostaensis Bww, Globo­roealia satula (BRAfW), Globorotalia punetilata (DESHAYEs), Globorotalia margantaeBOLLI e BE.Rj,fUDEZ. Fra i bentonici le forme più rappresentative sono quelle appar­tenenti alla famiglia delle NODOSARIDAE: !Agena semistrata· (WILLlAMSON), Len­tieulina peregrina (ScHWAGER), Lentieulina orbicularis (d'ORBIGNY); delle BULlMI­NIDAE.: Bulimina cosrata (d'ORBIGNv), Bulimina exilis (BRADV), Uvigerina pygmaead'ORBIGNY. Uvigerina rutila CUSHMAN e Tonn; e delle TEXTUl.ARlDAE: Textulan'asoldanii FORNASINI, Bigenerina nodosaria d'ORBICNY. La presenza di Globorotaliamargaritae e di Globorotalia punetilata indica un'età Pliocene inferiore nonstrettamente basale (CATI et al., 1968; CITA, 1975).

Per quanto riguarda i caratteri morfometrici e agrari di cui sopra, la con­frontahilità fra i due gruppi di campioni, in frana e non in frana (ovvero in posto)nel senso altrove specificato, risulta dai diagrammi di figg. 2 e 3 che visualizzanola distribuzione dei campioni in relazione alla acclività dei pendii, naturalmenteprima dei fenomeni di franamento ncl caso degli affioramenti in frana, e al lorotipo di terreno agrario.

Sui 67 campioni prelevati, per ciascuno dei quali nella tab. 1 sono riportatii dati topografici e i caratteri geomorfologici e agrari del pendio di campiona­mento, sono state eseguite l'analisi g~anulometrica e quella mineralogica ~sono

stati determinati i limiti di Atterberg.L'analisi granulometrica è stata eseguita per sedimentazione frazionata in

becker delle frazioni inferiori a 32 p,m e per setacciatura in umido delle frazionisuperiori alla suddetta dimensione (DELL'ANNA, 1969; BALENZANO et al., 1977).L'analisi mineralogica è stata eseguita mediante diFfrattometria X su 'polveri,utilizzando un diFfrauometro Philips con radiazione CuKex. filtrata su Ni, inte­grata, nel caso delle frazioni granulometriche più grosse, da osservazioni albinoculare e al microscopio da mineralogia. La determinazione quantitativa dellespecie min~ralogiche più rappresentate è stata ottenuta, sempre per diffratto-

164 L. DELL'ANNA, v. aiZZO, A. SIMONE

ARGILLE IN POSTO ARGILLE IN FRANA.. '"'"Z X:I4,S" XsJ5,.3~

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Fig. 2. - Dinribu>:ionc dei campioni secondo la accliviù(espressa in gradi) dci pendii da cui sono staI; prelevati.

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CARATTERE AGRARIO PENDII

I.\.::)d Coltivato CJ Incolto

Fig. 3. Disuibu;t;onc dei campioni s«ondo ; caralteri agrari dci pendiida (!,Ii JQnQ stai; prclculi. Il coltiuto ~ di tipo $Cminativo-arbol"alo.

rnetria X, utilizzando i metodi di ScHULTZ (1964) e di SHAW et al. (1971), modi­ficati da DE1.L'ANNA e DI PIERll.O (1977). I contt:nuti dt:i carbonati sono statidd.t:rminati iooltrt: pt:r via chimica mediantt: titolaziont: con EDTA; i valoriottt:nuti sono S(:fYiti ancht: pt:r yt:rilicart: l'affidabilità dd metodi X adoperati.I limiti di Attt:ri>t:rg iofint: sono stati dd.t:rminati s«ondo la metodologia indicatadaUt: nor~ ASTM D 423-66 t: D 424-59 (65).

COMPOSIZIONE MINI!RALOGICA • CUNULOMETRICA ETC. 165

TA8ELLA IIndicazioni topograficht: dd campioni uaminati , caratlm geomorfologici ,

vegetazionali degli affioramenti campionati

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" --~ '"F =campioni in frana: p~"d""%tI = inc1ina:r.io"" del pendio campionalO; k. = frana di scosun·dimento: Co. = frana di rolamrnto: ilI. = frana Uliva: q. = frana quiClCCnu:; Col. =aflioramc:nlocoltivato: scminal;vo'3,bonto: I"". = affioramento incolto.

Analisi granulometrica

Quest'analisi ha evidenziato che i campioni fanno pane di un sedimentoabbastanza fine la cui frazione propriamente argillosa « 4 IJ.m) si aggira media­mente intorno a 59 % del tmale mentre quella sabbiosa (> 63 IJ.m) in ognicaso rappr~nta pochi percento del campione complessivo (ub. 2). Ne consegueche tessituralmente sono classificabili (fig. 4) come argille siltose, raramente pas­santi a silt argillosi e ancor più raramente a sih argilloso-sabbiosi.

166 L. DELL'''NN.... V. IIIZZ0, A. SIMONE

l dati rdativi alle singole frazioni granulometriche e ai contenuti di day,silt e sand dell'insieme dei campioni esaminati (tab. 2), indicano una famiglia:ugil1osa granulornetricameme piuttosto omogenea tanto che le differenze chein tal senso possono esistere passando da un campione all'altro, e spec:ialmente

SABBIA

ARGILLA ARGILLA

SILT

Fig. 1. - Classificazione dei campioni rsaminati !«Godo lo tebma3 diSKEP..... (I9H). - A :: argilk iD posto; B = argiUe in frall,l.

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60

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ARGILLE IN POSTO ARGILLE IN FRANA

li 4. 8 16 32 63~m

Fig. 5.gruppo

Faocc granulometriche dci campioni ~inali. discinti perdi appanencnu. In I...[[cggio le CUrVe cumulalivc medie.

nel contenuti di frazione inferiore a 2 ~m e di frazione superiore a 32 IJ,.m, sonomeno sensibili di quelle che era l«ilo attendersi da una popolazione costituitada 67 campioni a comportamento granulometrico simile. Ciò si evina: anchedal ristretto campo (fig. 5) entro cui sono comprese le curve cumulative dei

COMPOSIZIONE MINERALOGICA E GRANULOMETRICA ETC. 167

TABELLA '2

Caralu,ùtich~ grann/om~lrich~ dd campioni naminali (% In peso; Md In p.m)

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Sand = > 63 IJ.m: S,li = 4·63 IJ.m: C/"y = < 4 IJ.m: Md = 050.

diversi campioni analizzati le quali mostrano, altresì, identiche caratteristichesedimentologiche. Esse infatti per il tipo di andamento parabolico (confrontarecurve medie di fig. 5), con una leggerissima concavità verso l'alto nella partecentrale, sono generalmente riferibili a sedimenti mediamente evolutiT depositatidopo una prolungata sospensione in acque, probabilmente caratterizzate da una,elativamente forte energia.

Però le differenze di cui SOpra SI esaltano se si tengono separati campioni

168 L. DELL'''NN'', V. \lIZZO, /L. SIMONE

di argille In posto, cioè qudli che si riferiscono ad argille prelevate da affiora­menti mediamente poco dissestati, da quelli di argille in frana, provenientiinv«e da affioTamenti rdativamenle molto franosi. Infatti i primi ([ab. 2) risul­

tano rispetto ai secondi significativamente più poveri di frazione in{('riore a2 lJ,m (i = 42,H % contro 51,5~) e più ricchi invw:: di quella superiore a32 IJ.m (i = 10,7 % contro 7,6%). u differenu dei valori medi appaiono rappre­sentate da un L.d.P. pari a l ~r e a 5 %, risp=uivamente, per cause puramenteaccidentali. Queste differenze trovano ovvio riscontro nei valori dc:! day (i = 54,7 %contro 62,4 %) e del sih (i = 39,7 % contro 33,3 %) per i quali il calcolo stati­stico (t di Studem) ha indicato in am~due i casi L.d.P. pari a l~,. Anche i valoridi Md (Q SO) dei due gruppi di campioni sono significativamente differenti;il valore medio delle argille in posto risulta significativamente più grande di quellodelle argille in frana (x = 3,7 lJ.m e 2,5 lJ.m rispettivamente; l di Student = 2,5148;L.d.P. = l 1,,). Le differenze teSlè discusse si evidenziano visivamente nei diagrammitriangolari di fig. 4 dove i due gruppi di campioni sono tenuti fra loro separati;si nota infatti che mentre i campioni in frana sono tutti contenuti nel campo delleargille sillose e in genere assai prossimi al lato argilla-silt del triangolo, glialtri invece sono più dispersi nella stessa area tanto che non pochi di essi sitrovano ai limiti o addirittura al di fuori della medesima.

In conclusione, sebbene le argille esaminate costituiscano una famiglia sedi­memologicameme (in senso lato) omogenea, pur tuttavia, nel loro ambito, quelleche morfologicamente sono interessate da intensi fenomeni di dissesto presentanorispetto alle altre una granulometria significativamente più fine.

Analiai mineralogica

a) QualitalivaL'analisi mineralogica delle frazioni più grosse (> 63 lJ.m), eseguita al bino­

culare e al microscopio da mineralogia, ha evidenziato, in tutti i campioni esaminati,la presenza dei seguenti minerali. Quarzo in granuli informi, limpidi e traspa­renti, a spigoli subarrotondati, SIXSSO cataclasati. MtlSCOvù~ in frammenti di lamine,trasparenti e opachi, che al microscopio mostrano in ogni caso angolo degli assiottici relativamente piccolo (2 V. == 30"); uno slXnro di polvere eseguito su unconcentrato di frammenti opachi ha anche evidenziato la presenza di paragonit~.

Biotit~ in frammenti di lamine, a contorno pseudoesagonale, di colore bruno.C/on't~ in lamine o in pacchetti di lamine pseudoesagonali di colore verde.Calcite in frammenti di resti fossili e in granuletti di calcare e di calcareniti;nei resti fos.s.ili talvolta è magnesifera e tal 'altra si accompagna ad aragonite, neigranuleui invece è spesso associata a quantità molto limitat~ di dolomi~. OrtDC/an·o.e Microdino in frammenti, subarrotondati e appiattiti, di colore bianco opaco perla presenza di patine argillose di alterazione; il microdino è riconoscibile almicroscopio per la sua caratteristica geminazione a grata. P/agioclasi and~n'u-o/igo­

cianci in granuletti subarrotondati bianco-Iattiginosi. anch'essi con alterazione argil.

COMPOSIZJO~E MINER.... LOCIC.... E OR....NUtOMETRIC.... ETC. 169

TABEJ..U. 3

Caratteristiche mineralogiche dei campioni esaminati

19 • 16,21 n 1., .

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COIIlpp.

M = montmoril1onite; I = il1ite; Cl = clorite; K = uolinile;Q = quarzo; IO = feldspati; A.a. = mineuli argillosi associati.

Ca = calcite; Do = dolomite;

tosa. Granati piralspùici in granuli rotondeggianti incolori o leggermente rosati.Ossidi e idrossidi di faro in granuli rotondeggianti neri iridescenti (magnellu.ematite, i/menite) o in frammenti terrosi marrone e rossicci (goethùe). Pirite ingranuli rotondeggianti di colore giallo-oro con iridescenza rossastra. Gesso in fram­menti appiattiti limpidi e trasparenti, a lucentezza sericea. SiUimanite in granuli

170 L. DELL'ANNA, v. RIZZO, A. SIMONI!

prismatici fibrosi di colore: verde molto pallido. In molti campioni inoltre èstata notata anche la presenza di spicale silic~, amorfe ai raggi X.

L'analisi mint:ralogica delle frazioni più fini « 63 I-lm), eseguita ai raggi X,oltre: a confermare calàu, dolomite, quarzo e feldspati (portUsici e plagioclasi acidI),ha accenato anche la costante: presenza di minerali argillosi, rappresentati dasmectite. illite. clorite, caolinite c strati misti. La sm«tiu è dioltaedrica allumini·fera, calcio-magnesifera e sodico-pot:assica, e quindi molto assimilabile a mammari!·loniu; in ogni caso è lx:n cristallizzata. La ilIite, politipo 2M, è anch'essa, diouaedricaalluminifera però, a differenza della montmorillonite, è in ~nerc ..bbastanza malcristallizzata e specialmente nelle frazioni molto fini. La doriu è triottaedricafortemente ferrifera e. come: la caolinite, con un basso grado di cristallinità. Glistrati misti sono rappresentati da termini disordinati j//iu·/muliu con percentualimolto variabili, anche nell'ambito dello stesso campione, di strati espandibili(30-50 %); l'analisi dei diffrattogrammi non esclude, in molti dei campioni esami·nati, la presenza di altri strati misti di tipo /m~clù~-clorju e tJ"miculil~-/m~clik

sulla cui cristallochimica poco si può dire per i riAessi mal definiti che essi presentano.

Gli altri minerali, osservati al microscopio, risultano assenti ai raggi X,verosimilmente per la loro scarsa abbondanza; qualche accenno si nota solo perla paragonite.

h) QuanrilaritJQCirca i rapponi di abbondar-za dei minerali individuati nelle frazioni gros~,

si può affermare che, almeno da come risulta dall'analisi al binocolare e al micro­scopio, carbonati, miche, quarzo e feldspati prevalgono nettamente su granati,minerali di ferro, gesso e sillimanite. Tra i più rappresentati, poi, i carbonati, concalcite prevalente su dolomite e con aragonite allo stato di tracce, sono piùabbondanli delle miche che, a loro volta, superano, sebbene di poco, le quantitàdi quarzo e di feldspati. Nell'ambito delle miche, biotite e muscovite sono rappre­~ntate dalle medesime quantità mentre, tra i feldspati, l'ortoelasio prevale di pocosui plagioclasi ed il microclino è molto subordinato.

Nelle frazioni fini invece i minerali argillosi prevalgono nettamente sui carbonatie su quarzo + feldspati. Tra i minerali argillosi, montmorillonite e iIlite superanodi molto clorite, caolinite e strati misti, quest'ultimi pre~nti solo allo stato ditracce; mommorillonite e caolinite però si trovano solo nelle frazioni fino a 4 (.1m,mentre iIlite e clorite anche in quelle superiori e fino a 32 lJ.m quando cristallo­chimicamente si confondono con muscovite e con clorite detritica rispettivamente.I carbonati, con calcite prevalente su dolomite, superano quarzo e feldspati che,come nelle frazioni grosse, sono rappresemati grosso modo dalle medesime quantità.

La composizione mineralogica complessiva di ciascuno dei campioni esaminati,riferita ovviamente ai componenti più rappresentati, è riportata in tab. 3. Come erada attendersi dalle informazioni prima acquisite i minerali argillosi (i = 64 %)prevalgono nettamente su carbonati (i = 23%) e su quarzo + feldspati (i =13%).

COMPOSIZIONE MINUALOGICA E GRANULOMETlIICA ETC. 171

Tra i minerali argillosi, montmorillonite (x = 26 %) prevale su illite (x = 21 ro)che, a sua volta, è più abbondante di dorite (x = 11 ro) mentre caolinite è rappre·sentata quasi sempre da scarse quantità (x = 6 %).

Anche mineralogicamente i campioni esaminati si possono considerare omogenei;essi infatti sono costituiti dagli stessi minerali con cristallochimica simile e daabbondanze relative che, se pur variabili, mantengono inalterati alcuni rapportiquantitativi caratteristici del sedimento cui appartengono. Così i minerali argillosiprevalgono su tutti gli altri; fra gli argillosi montmorillonite e illite prevalgonoin ogni caso su dorite e caolinite; e infine, per fare riferimento solo ai mineralipiù rappresentati, fra i carbonati calcite predomina su dolomite.

Naturalmente, in conseguenza delle variazioni di granulometria, in altra sedeevidenziate, e della diversa distribuzione granulometrica dei principali minerali,prima discussa, si possono verificare sensibili differenze mineralogiche quantitativepassando da un campione all'altro. Quelle statisticamente più significative si regi·strano però, come era da attendersi, fra i due gruppi di campioni, in posto ed infrana rispettivamente nel senso altrove specificato. Così i campioni in frana sono,rispetto agli altri, più ricchi di minerali argillosi (x = 68 % contro 61 ro; l diStudent = 3,5821; L.d.P. pari a 1 roti che la differenza dei valori medi sia dovutaa cause accidentali) e di montmorillonite (x = 32 ro contro 21 %; l di Student =5,3803; L.dP. = < 1 %~). L'arricchimento di montmorillonite che determina quellodell'insieme dei minerali argillosi avviene a scapito di iIIite, di dorite e, soprat·tutto, a scapito di quarzo + feldspati perchè le quantità di caolinite (x = 6 ro)e di carbonati (x = 23 %) risultano uguali nei due gruppi di campioni. Nel casodi quarzo + feldspati il t di Student calcolato per i due gruppi di campioni èrisultato uguale a 5,9366 e quindi ha indicato una probabilità « l roti che la diffe­renza dei valori medi (x = 16 ro per i campioni in posto e 8 % per quelli infrana) sia dovuta a cause accidentali.,

Quindi i campioni in frana ad una granulometria più fine associano unamaggiore quantità di minerali argillosi determinata da un arricchimento dimontmorillonite.

c) Carbonati

Abbiamo visto che nelle frazioni grosse i carlxmati sono rappresentati daresti fossili e da dasti di calcari e di calcareniti, i primi costituiti da calcite talvoltaaccompagnata da tracce di aragonite ed i secondi invece da calcite associata a raradolomite. Riprese diffrattometriche eseguite sulle singole frazioni granulometrichedi ciascuno dei campioni esaminati hanno evidenziato la costante presenza dicarbonati e fra essi di calcite; la dolomite invece è praticamente assente nel day« 4 IJ,m) mentre l'aragonite è solo presente nel sand (> 63 IJ,m). Ciò fa sospettareche i frammenti organogeni siano assenti nelle frazioni fini e che i carbonatipresenti nel day, per assenza di dolomite e per costituzione granulometrica, sianoessenzialmente rappresentati da calcite di ricristallizzazione. I risultati esposti e

172 ,. PU.I.·... NN .... V. RIZZO, ,. SlMONE

TA8ELLA 4Carbonati pruNi/; ." campioni uaminati (% in puo)

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o ,.. ,., ,.. ••• ,., ••• • ••• ••• ••• ••• .., ,..le considerazioni ad esse relative trovano riscontro n" dati analitici di tab. 4 C)Infatti Cacoa (x = 21 %) prevale nettamente '" MgCOa (x=270) e natural-mente calcite (x = 19 %) supera di molto dolomite (x=4%). Inoltre il rapportof.. i due carbonati appare variabile da campIone a campione (da 1,8 a 23,6) ed

l') l dati ottenuti - simili • quelli di ..b. , ptt gli stc:ui COtIlponenti, il <he~i<un ~ '"'" Ilffidabilitil .; melodi X adoperati.

CO~fPOSI7.IONE MINERAlOGICA E CRANULOMETRICA ETC. 173

indipendente dalla granulomctria, sicuramente a causa della presenza, quanti­tativamente casuale, di calcite di ricristallizzazione. I carbonati, infine, sono cosìcasualmente variabili nella loro quantità totale e in quella dei singoli componenti,calcite e dolomite rispettivamente, che, contrariamente a quanto si manifestaper la granulometria c per la composizione mineralogica complessiva, non mo­strano significative differenze di contenuto passando dal gruppo di campioniin posto a quello dei campiOni in frana. Infatti i contenuti dei carbonati totali,della calcite e de.lla dolomite risultano praticamente identici nei due gruppidi campioni.

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LIMITE LIQUIDO %

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O 20 40 60 90 100

FRAZIONE < 21Jm%

fig. 6. - Cam di pla~ticit2. Nell'arca A sonodislribuil; i campioni in f1'I>S10, nella B quelliin frana.

Fig. 7. - Carla di all;viI2.. A = argille in poslO;B = argille in frana.

Determinazione di alcune p"uprielà geotecniche

I valori dei limiti liquido e plastico (LL e LP rispettivamente), ottenuti dallamedia aritmetica di cinque prove eseguite sullo stesso campione, e quelli dell'indiceplastico (lP), calcolati dalla relazione IP == LL-LP, sono riportati nella tab. S.Essi rientrano nella normalità, sono in perfetto accordo con quelli di analogheargille della letteratura e sono coerenti con i caratteri composizionali di ciascunodei campioni esaminati. Infatti i suddetti valori si incontrano in molte argille

174 L. DELL'ANNA, V. RIZZO, A. SIMONE

TABELLA 5Limiti di Auerberg dd campioni naminati

IoIGIL1.1_. p o S l' o , I " • "

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59.9 n.tI 14,1

67.6 H,O 14,6

82.6 H.6 45,0

60.2 21,9 12,1

62,1 )1,9 10,2

51,4 29.1 21.7

49,7 24,1 2',6

Q,) 24,6 17,7

62.5 JOd J2.2

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5lI.1 21,6' H.9

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61.' 11,7 .12.1

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65,0 1',1 11,9

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42.6 21,7 18,9

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42,1 20.2 22.6

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TABELlA 6Tabd/a di correlazion~ (coeOicimti di corrdazion~ ed equazlont

delle rette di regressione)

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f..-s. <2 l'''

0,0101' O,'Hl

(1.5021. _ a,8741

0.2,W a,271' 0,42C17

0,57)0:1: • 11,9147

0,4684 O. '400 0,4219 0,5001

0.6'71.'21:1,7646 0,6997•• 18.9679 0,5179&.50.2801 0,671)•• 7,'582

p(f r"" 0,2113, 0,2590 e 0,2118; U.P. "" 2 % per t'ipomi nulla; per umi gli .llr; < I%.,.

grigio-azz.urrt: ddl'Appt:nnino rnt:ridionalt: (Da PRETE. t: VALENTINI, 1971; CorEe­CHIA t: VALENTINI. 1973) t: variano in funziont: dci contt:nuti di frazio~ fint: t:di mint:rali argillosi. A talt: proposito l'daooraziont: statistica dt:i dati ha indicato

COMPOSIZIOJ><E MINEIlALOGICA E CRANULOMETRICA ETC. 175

che LL, e naturalmente LP e IP, sono corr"e1ati linearmente e positivamente coni contenuti di montmorillonite, di minerali argillosi e di frazione propriamenteargillosa « 2 J.1.m secondo i Ceotecnici e < 4 I-l-m secondo i Sedimentologi).Le suddette correlazioni (tab. 6) risultano in ogni caso altamente significative econ livelli di probabilità quasi tutti intorno a 1 %0 per l'ipotesi nulla; però i coeffi­cienti di correlazione e di regressione indicano che, se si assumono come variabiliindipendenti i parametri mineralogici e quelli granulometrici, i limiti di Atterbergrisultano, come era da attendersi, mediamente più inAuenzati dalla composizionemineralogica che da quella granulometrica.

I caratteri geotecnici, in senso lato, dei campioni esaminati si evidenzianoanche dai diagrammi di CASAGRANDE e di SKE.\IPTON; nel primo (fig. 6) i campionisi distribuiscono parallelamente alla retta IP = 0,73 (LL ~20) nel campo delleargille a medio-alta plasticità mentre nel secondo (fig. 7) occupano una zona rela­tivamente dispersa dei campi relativi alle argille normali e inattive.

Se si fa, infine, riferimento ai due gruppi in cui sono state suddivise leargille considerate, si nota che i campioni in frana si distinguono da quelli inpmto per i valori significativamente più alti di LL (x = 59,6 % contro 50,2'10;t di Student = 4,4970; L.dP. = 1 %~) c di IP (x = 32,0% contro 24,1 '10; t diStudent = 5,7824; L.d.P. > 17</); ciò si evince anche dal diagramma di U.SAGRANDEdi fig. 6 che indica una plasticità decisamente più alta per i campioni in frana. Valorileg,germente più alti, per quest'ultimi, si verificano anche nei confronti di LP edell'attività (intesa come rapporto fra IP e frazione < 2 I-l-m) ma i dati sono cosldispersi che le differenze dei valori medi fra i due gruppi di campioni si trovanomolto al di sotto del limite di significatività statistica.

Considerazioni condUl~ive

Cachiamo adesso di tracciare un qU:ldro complessivo delle caratteristiche com­posizionali e geotecniche delle argille grigio-azzurre infraplioceniche della mediavalle del F. Crati' qui esaminate, di confrontarlo con quello emerso dal già citatoprecedente lavoro e di tr:lrre infine le conclusioni in relazione ai fini che la presentencerca SI propone.

Le argille grigio-azzurre della media valle del F. Crati, esaminate nel presentelavoro, hanno una composizione granulometrica che. accanto ad una abbondante(x = 59 % del totale) frazione propriamente argillosa, mostra una non trascurabilequantità (x = 36 re) di sill; la frazione sabbiosa invece è costantemente presenteallo stato di tracce (x = 5 %). Tessituralmente pertanto esse sono classificabilicome argille siltose, talvolta passanti anche a silt argillosi.

In conseguenza della finezza granulometrica le argille in questione presentanouna prevedibile abbondanza (x = 64 %) di minerali argillosi che appaiono costituitida montmorillonite (x = 26 %) calcio-magnesifera e sodio-potassica, illite (x =·21 '10) mal cristallizzata, diottaedrica alluminifera e politipo 2M. clorite (x = 11 %)ferrifera anch'essa scarsamente cristallina, caolinite (x=6%) disordinata ed infine da

176 L. DELL'ANNA, V. RIZZO, /l.. SIMONE

tracce di strati misti illite-smeetite, smectitc-dorite e vermiculite-smectite. I mineraliargillosi si accompagnano a mediamente ben rappresentati carbonati (x = 23 %) equarzo + feldspati (x = l3 ro) e a tracce di miche (muscovite, biotite e paragonite),granati piralspitiei, ossidi e idrossidi di ferro (magnetite, ematite, ilmenite, goethite),pirite, gesso e sillimanite. l carbonati sono rappresentati da calcite prevalente(x = 19 %), da dolomite subordinata (x = 4 '70) e da tracce di aragonite, quest'ul­tima presente solo in qualche resto fossile; i feldspati infine da ortoclasio, micro­dino e da plagioclasi acidi.

Le argille esaminate presemano inoltre, dal punto di vista geotecnica, uncomportamento, almeno nei confronti dei parametri determinati, normale e coerentecon la composizione granulometrica e mineralogica. Esse infatti, in base ai valoridei limiti di Atterberg ottenuti (LL: x = S5 %; LP: x = 2770; IP: x = 28 %)sono da consiçlerarsi, come era da altendersi, argille inorganiche mediamente inat­tive e a plasticità medio-alta.

Il quadro complessivo delle caratteristiche composizionali e geotecniche delleargille qui esaminate ben si armonizza con quello di analoghe argille, emersonel già citato lavoro di DE.I.L'ANN" e RIZZO (1979). A parte alcune comprensibilivariazioni nella granulometria e, naturalmente, nei rapporti di abbondanza deiminerali individuati e nel loro comportamento geotecnico, in conseguenza di lievidifferenze di età e di posizione stratigrafica in quanto le argille precedentemelllestudiate sono state prelevate immediatamente al di sotto delle sabbie quaternarie,le une. e le altre. costituiscono una famiglia composizionalmente c geotecnica menteabbastanza omogenea. Le argille grigio-azzurre infraplioceniche della media valledel F. Crati infatti sono costituite costantemente, eccetto che per qualche com­ponente secQ,ndario, da tutti i minerali precedentemente elencati che si presentanosempre con la stessa cristallochimica c con la costanza di alcuni loro fondamentalirapporti di abbondanza. Così i minerali argillosi costituiscono la parte mineralogi­camente più abbondante di queste argille c, fra essi, montmorillonite e illite preval­gono in ogni caso su clorite e caolinite; fra i carbonati calcite predomina sudolomite; fra i minerali secondari infine le miche sono le più abbondanti e, traesse, muscovite e biotite sono sempre rappresentate dalle medesime quantità.

In esse inoltre persistono alcuni caratteri mineralogici e granulometrici intrin­secamente interessanti ed alcune correlazioni, fra i principali caratteri composi zio­nali e i parametri geotecnici determinati, assai importanti per i contributi chepossono fornire alla risoluzione di problemi riguardanti i fenomeni franosi. Coslin queste argille, come abbi;llll(\ precedentemente visto, la montmorillonite èabbondante e si concentra nelle r;'.lzioni molto fini; la illite e la clorite, anch'essein quantità non trascurabili, risultano invece ben rappresentate anche nelle frazionigrosse nelle quali mostrano però i caratteri delle muscoviti e delle cloriti detriticherispettivamente; nelle frazioni fini è sempre presente una componente calciticadi precipitazione chimica che per la sua accidentalità contribuisce in qualchemisura alla forte variabilità dei carbonati; i limiti di Atterberg appaiono infinecorrelati linearmente e positivamente con i contenuti di mommorillonite, di mi-

COMPOSIZIONE MINERALOGICA li CRANULOMETRICA ETC. 177

nerali argillosi e di frazioni propriamente argillosa. Le correlazioni trovate costi­tuiscono forti indizi a favore della dipendenza del comportamento geotecnicadelle masse argillose dalla loro costituzione mineralogica e granulometrica. Unaconferma incontrovertibile a questo riguardo deriva, ne! presente lavoro, dalconfronto dei caratteri composizionali e geotecniei dei due gruppi di campioni incui sono stati suddivisi i materiali prelevati, uno rappresentativo di argille forte­mente dissestate e l'altro invece di argille poco interessate da fenomeni di dissesto,e dalle differenze che in tal senso essi hanno mostrato. Infatti nell'ambito delleargille del Pliocene inferiore della media valle del F. Crati, le argille in franamostrano, nei confronti di quelle non in frana, quantità maggiori di frazioneinferiore a 2 (J.m, di frazione propriamente argillosa « 4 (J.m), di minerali argillosie di montmorillonite e, contemporaneamente, valori più e1eY:lti dei limiti diAtterberg. Le :lrgille fortemente dissestate, perciò, ad una granulometria decisamentefine e ad una composizione più ricca di minerali argillosi e, fra essi, di montmoril­Ionite, . associano caratteri di attività e di plastictà, nel senso geotecnico, forte­mente accentuati.

L'omogeneità composizionale e geotecnica trova infine riscontro nell'unifor­mità dei caratteri sedimentologici. Le argille in questione sono, infatti, tutte rife­ribili ad un sedimento essenzialmente clastico, mediamente evoluto, depositatosidopo una prolungata sospensione in un mare caratterizzato da una relativamenteforte energia delle proprie acque. La preSenz.1 di granati piralspitiei, paragonitee sillimanite fa supporre inoltre che alla loro formazione abbiano pure parteci­pato, direttamente o indirettamente, le rocce cristalline della Sila e della catenacostiera tirrenica, nella maggior parte delle quali, come è noto, non sono infre­quenti i suddetti minerali. La preSenz.1 di strati misti, infine, induce a ritenereche, dopo sedimcntazione, le argille si siano trovate in zona di diagenesi relati­vamente precoce, nella quale si sono potute formare montmorillonite da illite,attraverso strati misti illite.smectite, e montmorillonite e clorite da biotite, attra­verso strati misti vermiculite.smectite e smectire-dorite. Probabilmente in tale zonapuò essersi completata la formazione di illite d:l muscovite, attraverso idromica,iniziata sicuramente, per frammentazione ed alterazione. già in fase di trasportoe di sedimem:lzione.

Ringraziamenti. - Gli autori ringraziano l'operatore lemico S. FRUSTACI per ilcontributo dato aU'eseruzione delle prove geote<:niche.

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