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Rock strength variation by microclimate: Schmidt Hammer data of sandstone outcrops from Tuscany (Central Italy)

Magaldi Donatello
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ISSN:
1121-9041
Rivista:
GEAM
Anno:
2019
Numero:
157
Fascicolo:
GEAM N.157/2019

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Variazione della resistenza rocciosa per microclima: dati di Schmidt Hammer sugli affioramenti di arenaria della Toscana (Italia centrale)

È noto da tempo che le condizioni climatiche possono influenzare lo stato di degradazione delle rocce nei diversi ambienti geografici, influenzando così la durevolezza dei materiali da costruzione naturali. Questa ricerca aveva lo scopo di valutare lo stato di degradazione attuale di una arenaria ( il Macigno Toscano, Grovacca Litica di età Oligocene –Miocene) che affiora nella Toscana settentrionale senza apprezzabili variazioni litologiche e mineralogiche da NO a SE, prendendo in considerazione 52 affioramenti rocciosi distribuiti da circa N 44° a N 43°. Per ogni affioramento sono stati valutati i valori di “rimbalzo” misurati con il ben noto sclerometro Schmidt Hammer ( valori SH), che sono direttamente proporzionali alla resistenza alla compressione uniassiale della roccia, e il logaritmo naturale della radiazione solare annuale media espressa, tramite le coordinate geografiche, dall’ Atlante Italiano della Radiazione Solare(ENEA) in M J / m2 / anno (valori LN). I risultati hanno mostrato una relazione significativa tra SH e LN: i valori di SH diminuiscono significativamente passando dalle zone fredde e umide settentrionali a quelle più calde e secche meridionali. Inoltre, considerando i valori dell’escursione termica media annuale in gradi centigradi, è interessante notare che questi possono essere divisi in due gruppi (escursione <7.8 e escursione> = 7.8 °C) che in relazione ai valori di SH danno origine a distribuzioni significative simili alla relazione esistente tra i valori di SH e quelli di LN. In conclusione si ritiene che la radiazione solare e l’escursione termica, in particolare, siano responsabili della minore resistenza meccanica che si verifica nelle zone più calde e asciutte, contrariamente a quella nelle zone più fredde e più umide del nord. La ricerca suggerisce inoltre che i processi di degradazione dell’arenaria dovuti allo stress termico non sono esclusivi delle aree aride e semi-aride secondo quanto risulta dalla numerosa letteratura scientifica al riguardo, ma si presentano, seppure in forma ridotta, anche nelle aree temperate. 

Parole chiave: Sclerometro. Grovacca Litica. Alterazione dovuta alla radiazione solare. Resistenza alla compressione. Geo-indicatori.

It is well known that climatic factors can influence the degradation of rocks in different geographic environments, thus affecting the durability of natural construction materials. Research has been carried out to assess the current state of natural degradation of an Oligocene-Miocene lithic greywacke occurring without appreciable lithological and mineralogical variations from, NW to SE in Tuscany (northern Italy), considering 52 rocky outcrops distributed from approximately N 44° to N 43°. For each outcrop, the Schmidt Hammer “rebound” values (SH), which are directly proportional to the rock compressive strength, and the natural logarithm of the average annual solar radiation by geographic coordinates according to the Italian National Board for New Technology Energy and the Environment Atlas (ENEA) in M J /m2/y (LN values), were evaluated. The results showed a significant relationship between the SH and LN: the SH values decrease significantly when passing from the cold and humid areas to the hottest and dry ones. Moreover, considering the values of the average air thermal excursion of each year in degrees centigrade, it is noteworthy that these can be divided into two groups (excursion < 7.8 and excursion >= 7.8 °C) which in relation to the SH give rise to more significant distributions similar to the relation between the SH and LN. We, therefore conclude that solar radiation, and thermal excursion, in particular, are responsible for the lower mechanical strength that occurs in the warmer and drier areas, as opposed to that in the colder and moister northern zones. The research also demonstrates that sandstone degradation processes due to thermal stress are not exclusive to arid and semi-arid areas, but they also occur in a reduced form, in temperate areas. 

Keywords: Schmidt Hammer. Lithic Greywackes. Insolation weathering. Compressive strength. Geoindicators.