Lezione geologia e petrografia - UniFI - Dipartimento di Costruzioni ...

AA 2012-13 Geologia e Petrografia applicate
Dipartimento di Costruzioni e Restauro
Laboratorio Analisi Materiali
Prof. Carlo Alberto Garzonio

Alcune definizioni….
Definizione di minerale:
Sostanza solida naturale con
caratteristiche chimiche fisiche costanti.
deve essersi formato naturalmente
deve essere solido
deve avere una precisa composizione chimica
deve avere una caratteristica struttura
cristallina

Roccia: ogni aggregato di materia
minerale, naturalmente formata che
costituisce parte della terra.
Le differenze tra le rocce possono
essere ascritte alle differenze di
associazioni mineralogiche e alla
tessitura delle particelle presenti.

Una descrizione sistematica di una roccia
comporta sia una sua classificazione su
base mineralogica sia una descrizione
tessiturale.
Le descrizioni devono essere effettuate a
scala macroscopica e a scala microscopica.
Macroscopica : tessitura di una roccia
visibile ad occhio nudo o con una lente
gneiss
granito

Microscopica : aspetto della roccia ad
elevato ingrandimento (microscopio)

Classificazione delle rocce
•ROCCE IGNEE
•ROCCE METAMORFICHE
•ROCCE SEDIMENTARIE

•ROCCE IGNEE
Le rocce ignee si formano dal
raffreddamento e dalla solidificazione
dei magmi
Le rocce ignee effusive si formano dalla
solidificazione delle lave.
Le rocce ignee intrusive si formano
quando il magma si solidifica all’ interno
della crosta o del mantello.

Il magma è roccia fusa, frammista a
fasi minerali sospese, gas dissolti che si
forma quando la temperatura risale in
maniera sufficiente da far avvenire una
fusione nella crosta o nel mantello.
E’ caratterizzato da un range
composizionale in cui la silice (SiO 2) è
sempre presente
Caratterizzato da alta temperatura;
Ha le proprietà di un liquido, inclusa la
capacità di fluire.

Rocce ignee: classificazione chimica
Rocce acide: SiO2>65%
Rocce intermedie: 52%

Per quanto riguarda la composizione i
magmi possono essere : basaltici, andesitici
e riolitici

La tessitura delle rocce ignee
Le relazioni geometriche tra le componenti
cristalline della roccia e l’eventuale materiale
amorfo presente (vetro o gas nelle cavità)
-Cristallinità (i.e. proporzioni relative tra vetro
e crsitalli)
-Granularità (granulometria dei cristalli)
- Forma dei cristalli
- Relazioni reciproche tre cristalli ed eventuale
materiale amorfo.

Rocce intrusive: totalmente cristalline
equigranulare
a grana grossa
olocristallina, struttura
Distribuzione isotropica dei grani
Non porosi

Rocce effusive: cristallizzazione non completa
Tessitura porfirica
Tessitura vetrosa
Tessitura
pegmatitica

Ci sono rocce ignee che hanno stessa
composizione ma diversa tessitura
BASALTO
GABBRO
BASALTO
PORFIRICO

Parco del Bomarzo
Colonna granitica

Rocce magmatiche utilizzate in ambito
regionale e/o locale
Granito dell’Elba
roccia cristallina a grana medio fine di colore bianco grigio
con uniforme punteggiatura nera. E’ corretto parlare di
intrusione monzogranitica-granodioritica. La mineralogia di
queste rocce è dominata dalla presenza di plagioclasio,
quarzo, biotite con apatite, zircone, monazite e allanite
tra gli accessori: sporadica presenza di cordierite e raro
l'ortopirosseno ricco in Mg.

Utilizzato sin da epoca romana , si notano ancora
oggi le tracce di escavazione.
Grande labrum sbozzato detto “la
nave”
(località Seccheto, Elba)
Ampio uso nel I sec. d.C.
a Roma
Molto usato in epoca
medievale a Pisa
Colonna nei pressi di Cavoli

Granito del Giglio
roccia cristallina a grana medio fine di colore
bianco grigio con uniforme punteggiatura nera,
con frequenti xenoliti scuri e piccoli granuli
verdastri costituiti da pirite

-Hanno una buona resistenza agli
agenti atmosferici anche se
tendeno a scagliarsi e
disaggregarsi a causa delle
variazioni termiche.
-L'abrasione eolica produce
effetti di alveolizzazione.
-La presenza di pirite, può
generare delle "colature" rosse
rugginose.

ROCCE METAMORFICHE
Metamorfismo: tutti i cambiamenti
nell’insieme dei minerali e nella tessitura
della roccia che si verificano all’interno
della crosta come risultato di
cambiamenti di temperatura e
pressione.
I cambiamenti si verificano allo stato solido.

La deformazione meccanica e la ricristallizzazione
chimica sono processi che si verificano all’interno
delle rocce durante il metamorfismo.

TEMPERATURA:
È il più rilevante dei fattori del metamorfismo
Incremento medio 3°C / 100m con la profondità
PRESSIONE IDROSTATICA:
Dovuta al peso delle rocce sovrastanti
PRESSIONE ORIENTATA:
Dovuta alla presenza di strutture anisotrope
PRESSIONE DEI FLUIDI:
Dovuta alla presenza di fluidi

TIPI DI METAMORFISMO
Metamorfismo di contatto
Riscaldamento dato dalla presenza di un
corpo intrusivo che crea un’aureola di
contatto. Crea una ricristallizzazione
chimica ma una ristretta deformazione
meccanica.
Spessore: 100-500 m;
Temperature 300-1200°C
Pressione 2 Kbar

Metamorfismo regionale
Comporta sia deformazione meccanica che
ricristallizzazione chimica
Temperatura 300-700°C
Pressione 2-8 Kbar

Metamorfismo di seppellimento
E’ il primo stadio del metamorfismo
slate
Temperature 400-450°C
Pressione 6-8 Kbar

Metamorfismo cataclastico
Deformazione meccanica senza
trasformazioni chimiche.

Cattedrale di Milano

Cattedrale di Firenze

Rocce metamorfiche utilizzate in
ambito regionale e/o locale
“Marmi Apuani”
si tratta di rocce carbonatiche affioranti nel
nucleo apuano. Tale struttura è costituita da
due principali unità metamorfiche, l’autoctono
e le scaglie tettoniche di Massa (Unità di
Massa), sormontate dalla Falda Toscana
(costituita da terreni simili a quelli
dell’autoctono) e dalle unità liguridi. L’ evento
metamorfico è avvenuto durante l’Oligocene
(27-10 m.a.) con temp. di 350-450 °C e
pressioni di 5-6 Kbar.

Marmi Apuani: bianchi
marmo lunense (periodo romano)
marmo di Carrara
Statuario marmo calcitico puro a grana grossa di
colore bianco avorio, a volte con piccole macchie
grigie dovute a pirite microcristallina. Quando
queste impurità sono organizzate in sottili vene
variamente anastomizzate, si parla di statuario
venato

Nuvolato marmo calcitico grigio a grana da fine a
media attraversato da vene e bande più chiare. In
questa varietà si trovano frequenti passaggi a
corpi bardigliacei e metabrecce tipo arabescato

Venato marmo calcitico di colore variabiile dal
bianco al grigio chiaro, a grana media con vene
quasi regolari di colore grigio scuro. Questa
varietà è spesso alternata alle metabrecce tipo
arabescato

Ordinario marmo calcitico di colore
bianco perlaceo, a grana da fine a medio
grossa a fondo omogeneo o con piccole
macchie o vene
Bianco C Bianco CD
Bianco D

Altri tipi di marmi apuani e brecce
marmoree:
Bardiglio Cappella
Bardiglio
Imperiale
Bardiglio
Fiorito
Bardiglio di
Carrara

Brecce policrome
Breccia Medicea

Brecce monocrome
Paonazzo
Calacatta
Arabescato

Altri luoghi in Toscana di estrazione di
marmi
Marmi del Campigliese:
metamorfismo di contatto
nella parte basale sono presenti marmi grigi e
grigio scuri con venature chiare (bardiglio
turchino, Bardiglio fiorito). La parte mediana è
costituita da un marmo bianco con rameggiature
rosse e rosate che passa a marmi bianchi e
uniformi (statuario). Al tetto sono presenti
brecce con colorazioni variabili dal giallo
all’ocra simili al Giallo di Siena (Broccatello
della Gherardesca)
Uso nel periodo romano o addirittura etrusco??
L’opera del Duomo di Firenze possedeva delle
cave a Campiglia.

Marmi della Montagnola Senese
Marmi di debole grado metamorfico, grana
fine (

Giallo broccatello
Giallo Siena

Marmo di San Giuliano (Pisa)
Marmo di Santa Maria del Giudice
Calcari ceroidi (Rau & Tongiorgi,1974)
marmi calcitici a grana fine (15-40 ) con la
costante presenza di dolomite sia diffusa che
concentrata in vene. Appartengono alla Serie
Toscana metamorfica, età Lias inf.
Sono stratigraficamente compresi fra i
Grezzoni alla base e i Calcari selciferi al
tetto.

Torre pendente
Duomo di Pisa
Molto usata anche
nella città di Lucca.

Fenomeni di degrado
(Cattedrale Firenze)
dissoluzione

disgregazione differenziale per vene

disgregazione differenziale per laminazioni

Cause della disgregazione
Facciata Duomo
Rivestimento laterale
Marmo tipo A
Marmo tipo B

Serpentinite Verde di Prato
Marmo Verde
Nero di Prato
Aspetto roccia che presenta diverse
tonalità di verde, dal chiaro allo scuro fin
quasi al nero, talora con riflessi bluastri. La
struttura può essere uniforme, interrotta da
rare vene biancastre di serpentino fibroso
(crisotilo) oppure caratterizzata da un aspetto
meno compatto con numerose vene chiare e
colore verde oliva.
La varietà ranocchiaia si caratterizza per un
colore verde chiaro interessato da un fitto
reticolo di vene scure.

Principali cause di degrado delle
serpentiniti appenniniche
Colore scuro
Scarsa conducibilità termica
presenza di discontinuità fisiche come
le vene di crisotilo elevatissimo
indice di saturazione in acqua
elevato coefficiente di dilatazione
lineare al variare del contenuto in
acqua

ROCCE SEDIMENTARIE
Ogni roccia formata dalla
precipitazione chimica o dalla
sedimentazione e cementazione dei
granuli di minerali trasportati a un sito
di deposizione dall’acqua, dal vento, dal
ghiaccio o dalla gravità.

Classificazione delle rocce sedimentarie
ROCCE CLASTICHE
ROCCE BIOGENICHE
ROCCE CHIMICHE
shale
siltstone
sandstone
conglomerate
limestone and dolostone
diatomite
residual rocks
evaporites

ROCCE CLASTICHE
Il sedimento è trasportato dal vento, dai fiumi,
dai ghiaccia, dai processi di frana, dalle
correnti oceaniche. Dopo la deposizione si
verifica la compattazione e la cementazione.
I sedimenti clastici sono frammenti di rocce
derivanti dall’alterazione di rocce, spesso
frammisti a resti di organismi.

Le particelle di sedimento diventano
arrotondate e selezionate durante il trasporto
da parte dell’acqua e del vento, ma non da
parte dei ghiacciai.

Le rocce clastiche vengono classificate
soprattutto in base alle dimensioni delle
particelle dominanti.

ROCCE BIOGENICHE
Derivano dalla litificazione di sedimenti
biogenici o comunque di sedimenti con un’elevata
componente organica.
macro
micro

ROCCE CHIMICHE
Rocce che risultano dalla litificazione di
precipitati organici o inorganici. Molte di queste
rocce sono monomineraliche.
macro
micro

Colonne
Sculture in
pietra di Lecce

Fontana di Trevi

Pietra Serena
Arenaria a grana medio grossa di origine
torbiditica appartenente alle formazioni del
Macigno e di Monte Modino al tetto della Serie
Toscana (età Oligocene sup.)
Aspetto omogeneo
colore grigio-azzurrognolo al taglio fresco, da
grigio chiaro ad avana per alterazione
può presentare sporadici inclusi pelitici
la varietà Pietra Bigia presenta colore giallo ocra
Pietra Serena
Pietra Bigia

Sfruttata già in periodo etrusco e romano.
Mura etrusche di Fiesole

Fenomeni di alterazione
il tipo di matrice
la quantità di cemento
il tipo di minerali argillosi
La presenza di acqua nella muratura provoca la
dissoluzione e riprecipitazione del carbonato di calcio
con la formazione di una crosta poco porosa.
Il dilavamento dei minerali argillosi provoca decoesione
del materiale.
La presenza di vene di calcite determina la formazione
di fenomeni di degrado differenziale.

esfoliazione

sbollature

Pietra Forte
Arenaria a grana fine con evidenti laminazioni
convolute e frequenti vene di calcite.
il colore è grigio azzurrognolo al taglio fresco,
ocra (“ferrigno”) per alterazione

Palazzo Strozzi
è il materiale da costruzione più
utilizzato nella Firenze medievale in
conci di varie dimensioni e nel bugnato,
scarsamente usato nella scultura.

Distacco lungo una vena

Laminazioni e vene come causa di
degrado differenziale