UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA

FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI

DIPARTIMENTO DI CHIMICA GENERALE

Direttore: Chiar.mo Prof. Lucio Toma

ANALISI DEI SUOLI:

PREPARAZIONE DI UN CAMPIONE ALTAMENTE OMOGENEO E

CERTIFICABILE

Relatore Universitario:

Prof.ssa Antonella Profumo

Tutor aziendale:

Dott.ssa Alessandra Leoni

Tesi Sperimentale di Laurea

in Tecnologie Chimiche per l’Ambiente e le Risorse

di Vecerdea Bogdan

Anno Accademico 2011-2012

Indice Pag.

Introduzione ………………………………………………………………………………………… 3

Parte descrittiva ……………………………………………………………………………. 4

1. Terreno ………………………………………………………………………………. 4

1.1. Definizione e formazione ………………………………………….... 41.2. Componenti ………………………………………………………… 61.3. Proprietà fisiche e chimiche ………………………………………… 9

2. Analisi granulometrica ……………………………………………………………… 18

2.1. Legge di Stokes …………………………………………………….. 192.2. Sodio esametafosfato ……………………………………………….. 212.3. Curva granulometrica ………………………………………………. 22

Parte sperimentale ………………………………………………………………………… 23

1. Trattamento preliminare del terreno ………………………………………………… 23

2. Caratterizzazione chimico-fisica del campione …………………………………….. 24

2.1. pH ………………………………………………………………….. 252.2. Sostanza organica …………………………………………………... 262.3. Tessitura ……………………………………………………………. 262.4. Calcare ……………………………………………………………… 292.5. CSC …………………………………………………………………. 30

3. Analisi granulometrica con GSA …………………………………………………… 323.1. Strumento GSA ……………………………………………………... 323.2. Preparazione campione ed analisi con GSA ………………………... 343.3. Elaborazione dati granulometria ……………………………………. 36

3.3.1. Risultati analisi per la frazione setacciata a 2 mm …………... 44

3.3.2. Risultati analisi per la frazione setacciata a 1 mm …………... 47

3.3.3. Risultati analisi per la frazione setacciata a 0.5 mm ………… 50

4. Elaborazione dati sostanza organica ………………………………………………... 54

Conclusioni ………………………………………………………………………………… 56

Bibliografia ……………………………………………………………………………….... 58

Allegati ……………………………………………………………………………………... 60

2

Introduzione

Il periodo di tirocinio è stato svolto presso il laboratorio di analisi dell’azienda

Riccagioia S.C.P.A. situata a Torrazza Coste. Riccagioia è un centro di servizi rivolti

al settore vitivinicolo che promuove l’applicazione di nuove tecnologie e svolge

attività di ricerca, sperimentazione, formazione e divulgazione. L’azienda nasce nel

2011 da un progetto della Regione Lombardia insieme all’ ERSAF (Ente per i Servizi

all’Agricoltura e alle Foreste) coinvolgendo enti pubblici e società private.

Il complesso dei laboratori di Riccagioia fa riferimento ad una serie di strutture che

realizzano tipologie diverse di analisi su vini, terreni e materiali vegetali.

La mia tesi di laurea ha come scopo l’analisi dei suoli per la messa a punto di un

protocollo per la preparazione di un campione di suolo da usare come riferimento per

laboratori che operano nel settore, soprattutto per le analisi della tessitura.

A questo proposito, in seguito al pretrattamento del campione iniziale di terreno,

setacciato a diametri sempre inferiori, viene effettuata l’analisi della tessitura tramite

un analizzatore granulometrico automatico. Attraverso il confronto dei dati ottenuti

dall’analisi granulometrica sulle frazioni di diverso diametro sarà possibile valutare il

grado di omogeneità del campione usato.

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Parte descrittiva

1. Terreno

1.1. Definizione e formazione

Il suolo è lo strato superficiale che ricopre la crosta terrestre, derivante dall'alterazione

di un substrato roccioso, chiamato roccia madre, per azione chimica, fisica e biologica

esercitata da tutti gli agenti superficiali e dagli organismi presenti su di esso.

Nella descrizione di un suolo tipo, si possono distinguere diversi orizzonti litologici

secondo il tasso di degradazione della roccia e le differenti caratteristiche chimico

fisiche degli strati. Più precisamente, procedendo dallo strato superficiale verso quelli

inferiori si possono distinguere:

Orizzonte O (orizzonte superiore) è caratterizzato dalla sostanza organica

indecomposta ed in via di decomposizione.

Orizzonte A (orizzonte eluviale) è costituito sia da sostanza organica

decomposta che da sostanze minerali derivanti dalla alterazione della roccia

sottostante a causa dei processi di eluviazione (processo per cui l'acqua

meteorica, una volta venuta a contatto con un

suolo, comincia un movimento verso il basso

durante il quale trascina con sé minerali,

argilla, ma anche elementi chimici).

Orizzonte B (orizzonte fluviale) è

rappresentato da uno strato fortemente alterato

dove si sono concentrati alcuni elementi e

composti provenienti dal orizzonte A, a causa

di processi di illuviazione ( processo che

avviene in seguito al percolamento di acqua di precipitazione atmosferica che,

4

nel suo movimento verso il basso, trascina con sé dagli orizzonti superiori di un

suolo particelle, minerali, elementi chimici).

Fig. 1- Profilo del suolo

Orizzonte C è normalmente costituito da roccia alterata.

Orizzonte R rappresenta la roccia sottostante inalterata comunemente indicata

come roccia madre.

I processi che portano alla formazione del suolo hanno origine con la degradazione

della roccia affiorante. La degradazione meteorica delle rocce rappresenta il fattore

principale del primo stadio di formazione di un suolo; essa raggruppa tutti i processi di

degradazione chimico-fisica su cui sono soggette normalmente le rocce di

affioramento e che variano al variare del clima e della composizione della roccia

stessa. In particolare processi di alterazione fisica prevalgono in regioni dal clima

arido, mentre quelli di alterazione chimica dominano soprattutto nelle regioni umide.

La temperatura gioco un ruolo fondamentale nei processi di alterazione fisica

attraverso i fenomeni di termoclastismo e di crioclastismo (frantumazione delle rocce

causata dalle ripetute dilatazioni e contrazioni che la porzione superficiale di una

roccia subisce durante il riscaldamento e il raffreddamento, nel primo caso e

disgregazione causata dalla pressione provocata dall' aumento di volume dell'acqua

contenuta entro le fessure rocciose quando questa ghiaccia, nel secondo caso).

Il processo di alterazione chimica più importante è sicuramente la reazione con acqua

dei silicati. Ad esempio, i minerali come le miche ed i feldspati possono rilasciare, in

opportune condizioni di pH, elementi metallici solubili in acqua con formazione di

prodotti residuali meno solubili e facilmente disgregabili. In seguito a tale reazione si

possono formare dunque nuovi silicati tra cui montmorillonìte, illite e minerali

argillosi in genere. Questo processo è noto come “weathering dei silicati” perché si

realizza in condizioni naturali per aggressione delle acque sature di CO2. Un esempio

classico è il processo di “caolinizzazione” che genera caolino a partire dal feldspato.

Anche l’attività biologica contribuisce alla disgregazione della roccia, soprattutto

attraverso quelli organismi detti “pionieri” che a loro volta costituiscono biomassa

degradabile da altri tipi di microrganismi. Gli organismi pionieri per eccellenza sono i

licheni, formati per simbiosi di un’alga e di un fungo. 5

Oltre ai licheni esistono altri organismi pionieri come batteri e funghi che sono in

grado di solubilizzare silicati e fosfati, rendendo disponibili diversi sali che

compongono la roccia.

Per i funghi l’azione di solubilizzazione è resa possibile dalla sintesi di acidi organici

quali l’acido citrico e l’acido ossalico, mentre per ciò che riguarda i batteri, si è

osservato che molte specie viventi sulle superficie delle rocce, hanno la capacità di

sintetizzare l’acido 2-chetoluconico.

Il risultato complessivo dell’alterazione delle rocce è la produzione di sostanze solubili

e/o di detriti di differenti dimensioni, che possono rimanere sul posto o subire

fenomeni di trasporto di vario tipo, ma che comunque rappresentano la “materia

prima” da cui, attraverso la pedogenesi, si giunge alla formazione del suolo. I processi

pedogenetici propriamente detti si distinguono in “zonali”, cioè legati a zone

climatiche e vegetazionali ben definite, e “azionali” determinati da condizioni quali il

tipo di roccia o di rilievo.

La formazione di un suolo, quindi, risulta essere un processo lungo in cui effetti fisici

e chimici si intrecciano all’attività biologica fino a formare un sistema in cui si

realizzano equilibri estremamente complessi e dove si chiudono alcuni cicli

biogeochimici (carbonio, azoto, fosforo ecc)

1.2. Componenti

I componenti principali del terreno possono essere suddivisi in:

- Scheletro

- Terra fine

- Humus (che costituisce la parte organica)

- Fase liquida

- Fase aeriforme

Lo scheletro è quella parte di terreno che non passa al vaglio di un setaccio con fori di

diametro da 2 mm e quindi è costituita da particelle con diametro superiore ai 2 mm.

Convenzionalmente lo si suddivide in ciottoli, ghiaione e ghiaia in funzione del

diametro. Nelle analisi in laboratorio lo scheletro non viene usato ed è quindi scartato.

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La terra fine è quella parte di terreno che passa al vaglio di un setaccio con fori da 2

mm e quindi è costituita da particelle con diametro inferiore a 2 mm.

Convenzionalmente la si suddivide in sabbia, limo ed argilla. Costituiscono la sabbia

(secondo la classificazione internazionale dei suoli) tutte le particelle di diametro

compreso fra 0.02 e 2 mm; il limo comprende le particelle con diametro compreso tra

0.002 e 0.02 mm e l'argilla quelle di diametro inferiore a 0.002 mm (2μm).

La sabbia ed il limo, che costituiscono la parte inattiva della terra fine, hanno

essenzialmente una funzione di tipo meccanico, in quanto costituiscono il supporto

poroso sul quale possono fissarsi gli altri componenti chimici e nel quale possono

circolare aria e acqua.

L'argilla ha una funzione molto importante sia dal punto di vista chimico, in quanto

può fissare molte sostanze necessarie alla crescita delle piante, sia dal punto di vista

fisico, in quanto compie un'azione di aggregazione delle particelle contribuendo in

modo fondamentale alla costituzione della struttura del terreno.

La composizione della terra fine (percentuali di sabbia, limo e argilla) definisce la

tessitura del terreno.

L’ humus è lo strato scuro che caratterizza la superficie di alcuni tipi di suolo e

costituisce la parte organica del terreno. È costituito principalmente da acidi umici e da

polisaccaridi provenienti dalla decomposizione degli organismi viventi (vegetali e

animali) presenti nel terreno. L’humus è un componente fondamentale del suolo in

quanto ha una duplice funzione; nutrizione vegetale (in quanto contiene in particolare

azoto, fosforo, potassio e calcio) e stabilizzazione della struttura del terreno legando

assieme i componenti tramite i diversi acidi che contiene. Quest'ultima funzione e

svolta soltanto dall'humus attivo, che e quello proveniente dalla decomposizione

operata da batteri di tipo aerobico (l'humus inattivo proviene da processi di tipo

fungino).

L’humus è costituito per l’80% da acidi umici e polisaccaridi.

Gli acidi umici, in prima approssimazione, possono essere definiti come quella parte di

humus solubile in ambiente basico e che precipita a pH 1-2. Tutto ciò che invece

rimane in soluzione viene indicato come acidi fulvici. Gli acidi umici, che hanno una

massa molecolare definibile bassa se confrontata con quella dei polisaccaridi, sono

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polimeri di unità fenoliche legate ad amminoacidi, peptidi ed altri costituenti organici.

Le molecole degli acidi umici possono essere molto diverse a causa dei gruppi che le

costituiscono ma hanno, comunque, caratteristiche simili poiché presentano gruppi

funzionali comuni tra cui principalmente quello carbossilico e quello idrossilico

(-COOH, -OH) che conferiscono loro analoghe proprietà.

I polisaccaridi sono comuni metaboliti del ciclo vitale di parecchi organismi e sono

normalmente soggetti a decomposizione, ma alcuni di essi risultano particolarmente

stabili alla degradazione microbica tanto che costituiscono dal 10 al 30% dell’humus.

I polisaccaridi che compongono l’humus hanno anche un effetto di aggregazione

meccanica del suolo infatti la struttura della loro catena lunga, lineare e flessibile può

promuovere l’aggregazione offrendo un’estesa superficie di contatto e utilizzando

gruppi funzionali, quali quello ossidrilico e carbossilico, che assicurano interazioni

chimiche, anche solo di natura elettrostatica, con gli ioni metallici contenuti nel suolo

stesso.

La fase liquida è composta dalla soluzione circolante, in altri termini dall'acqua e

dai sali minerali in essa disciolti. Questo componente del terreno è soggetto ad ampie

variazioni in virtù della dinamica degli apporti meteorici e di quelli da falda,

dell'evapotraspirazione e della percolazione profonda. In stretto rapporto con la

matrice solida influisce inoltre sulle proprietà meccaniche del terreno quali l'adesione,

la coesione, la tenacità. La fase liquida concorre inoltre a determinare alcune proprietà

fisico-chimiche, quali i fenomeni di adsorbimento che riguardano le interfacce fra la

soluzione circolante e il complesso di scambio del terreno da un lato e il capillizio

radicale da un altro.

La fase aeriforme è composta dall'atmosfera del terreno ed è in rapporto di

complementarietà con la fase liquida, dal momento che entrambe occupano gli spazi

vuoti del terreno. L'atmosfera del terreno è in equilibrio dinamico con quella dell'aria e

il gradiente di composizione è strettamente correlato alla resistenza offerta dal terreno

agli scambi gassosi in superficie. In generale l'atmosfera del terreno è più ricca

in anidride carbonica e più povera in ossigeno in quanto i processi respiratori della

pianta consumano O2 e liberano CO2.

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La fase aeriforme non ha influenze dirette sulle proprietà fisiche del terreno, tuttavia

interferisce indirettamente sulla struttura attraverso l'azione del potenziale redox del

terreno sui processi di mineralizzazione della sostanza organica.

1.3. Proprietà fisiche e chimiche

Le principali proprietà fisico-meccaniche del terreno sono:

Tessitura

Struttura

Porosità

Densità

Tessitura

La tessitura di un terreno consiste nella ripartizione dimensionale, indipendente dalla

composizione chimica, delle particelle di terreno. Ogni terreno è caratterizzato da

proporzioni diverse di particelle che hanno grandezze differenti.

Poiché è impossibile valutare le dimensioni delle singole particelle solide si ricorre ad

alcune semplificazioni:

Tutte le particelle si considerano sfere con diametro pari al vaglio del

setaccio, usato per setacciare il terreno e dal tempo di sedimentazione.

Le particelle vengono poi ripartite in classi granulometriche che hanno

intervalli di diametri e nomi convenzionali.

La tessitura si esprime con le % relative alle diverse classi.

Le classificazioni granulometriche della tessitura principalmente adottate sono quelle

del:

Società Internazionale di Scienza del Suolo (ISSS)

Dipartimento Agrario degli Stati Uniti (USDA)

In entrambe queste classificazioni si distingue uno scheletro, costituito da particelle di

diametro superiore ai 2 mm, ed una terra fine che comprende le particelle sotto i 2 mm.

La terra fine viene suddivisa in tre categorie principali: sabbia, limo e argilla.

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La classificazione americana è più specifica per la particelle tra 0.05 e 0.02 mm ed è

quella usata nelle mie analisi.

Tab. 1- Classificazione granulometrica dei componenti del terreno

Le caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche sono ovviamente correlate alla composizione mineralogica.I minerali provenienti dalla disgregazione fisica della roccia madre in particolare

quarzo e feldspati prevalgono nello scheletro e nella sabbia, mentre le frazioni

colloidali prevalgono nella classe argillosa.

La determinazione della tessitura si risolve in una analisi granulometrica del terreno il

cui punto critico è rappresentato dalla dispersione del campione.

Le particelle solide sono infatti spesso cementate tra di loro per cui a seconda della

tecnica adottata per la dispersione si potrà valutare una:

- tessitura reale se si disperdono completamente le particelle

- tessitura apparente se si considerano come particelle anche gli aggregati

resistenti alla tecnica adottata.

La determinazione della tessitura viene determinata mediante analisi granulometrica

sul campione di terreno usando setacci di tipo standard con fori di diametro prescelto

per le particelle più grossolane (scheletro). Per la terra fine, invece, i metodi più

comunemente usati sono quello densimetrico (o di sedimentazione) o il metodo della

levigazione.

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Entrambi si basano sul fatto fisico che una particella solida, di forma definita, immersa

nell’acqua si muove verso il basso con una velocità che dipende dalla sua dimensione

e dal suo peso specifico (legge di Stokes).

Classificazione dei suoli in base alla tessitura

Conoscendo la composizione in percentuale di sabbia, limo ed argilla è possibile

attribuire il terreno ad una classe di tessitura utilizzando triangoli, diversi a seconda del

metodo di classificazione adottato. I triangoli usati nei laboratori italiani sono quelli

dell’ ISSS e dell’ USDA. I risultati ottenuti con i due metodi di analisi dovrebbero

coincidere, anche se l’elevata manualità contribuisce ad aumentare la variabilità del

risultato. Una possibile soluzione a questo problema può venire dall’utilizzazione di

apparecchiature automatiche per l’esecuzione della procedura analitica.

Fig. 2- Triangolo per la definizione delle classi tessiturali con il metodo della ISSS (a) e della USDA (b)

a. b.

Osservando i triangoli della tessitura è interessante notare come l’efficacia dei vari

componenti nell’imprimere le loro caratteristiche ai terreni risulti tanto più pronunciata

tanto minori sono le dimensioni delle particelle stesse. Ciò spiega il motivo per cui un

terreno ha una composizione equilibrata quando presenta un contenuto di argilla di

molto inferiore alla sabbia ed al limo i quali, rispetto al primo componente, hanno

dimensioni notevolmente maggiori.

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In base alla tessitura i suoli si possono distinguere come segue:

Terreni argillosi: sono composti da oltre il 40% di argilla sul totale della terra fine.

L’argilla è rappresentata da minerali argillosi, silice, idrossidi di ferro e alluminio e

dall'humus. Presentano un’elevata capacità di scambio cationico e quindi un forte

potere di ritenzione degli elementi scambiabili. Hanno elevata capacità di ritenzione

idrica ed è sfavorita la mineralizzazione della sostanza organica, la cui velocità è

inversamente proporzionale al contenuto in argilla.

Terreni limosi: sono composti da oltre il 60% di limo costituito da silicati, calcari e

frammenti di sostanza organica. Sono caratterizzati dalla scarsa mobilità degli

elementi; risultano spesso mal strutturati e poco permeabili.

Terreni sabbiosi: sono composti da oltre il 60% di sabbia, rappresentata da minerali di

difficile disgregazione come quarzo e feldspati. Sono molto permeabili e presentano

un’elevata mobilità degli elementi scambiabili. La notevole aerazione indirizza i

processi evolutivi della sostanza organica verso una rapida mineralizzazione.

Terreni di medio impasto o franchi: presentano caratteristiche intermedie a quelle

sopra citate ed in agronomia sono quelli che danno luogo alle migliori condizioni per

lo sviluppo delle colture. Sono composti da una percentuale di sabbia (dal 35 al 55%)

tale da permettere una buona circolazione idrica ed una sufficiente ossigenazione; una

percentuale di argilla (dal 10 al 25%) tale da mantenere un sufficiente grado

di umidità, di permettere la strutturazione e di trattenere gli elementi scambiabili. Le

percentuali del limo vanno dal 25 al 45%; più questa percentuale e bassa più il terreno

risulta di qualità.

Struttura

Come struttura si intende la disposizione delle particelle primarie in aggregati o grumi

di diverse dimensioni, più o meno stabili all'azione di fattori esterni. Gli aggregati

vengono formati dall’azione cementante dei colloidi minerali, costituiti per lo più da

minerali argillosi e da idrossidi di ferro e alluminio.

Oltre alle argille, nel terreno, ci sono anche le sostanze organiche ad alto peso

molecolare (sostanze umiche) a formare i colloidi. Le sostanze umiche in particolare

promuovono la formazione di aggregati e strutture molto stabili. La loro capacità

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cementante appare condizionata dal contenuto in gruppi funzionali acidi, dalla

configurazione sterica della molecola, dalla solubilità e dal peso molecolare di questa.

Sebbene alla genesi della struttura possono partecipare tutte le frazioni

granulometriche le interazioni di maggior rilievo si formano tra le particelle più fini.

Proprio per questo motivo gli unici terreni praticamente privi di struttura sono quelli

costituiti da sabbia o da particelle ancora più grandi.

La genesi della struttura è legata a fenomeni di interazione di tipo chimico fisico e può

essere cosi schematizzata:

- le particelle argillose possono flocculare

- i flocculi possono essere tenuti insieme per mezzo di sostanze cementanti di

origine organica o minerale

- i grumi così formati possono riunirsi in zolle per azione di ife fungine e inglobare

anche particelle di diametro maggiore come sabbia e ghiaia.

In qualsiasi processo di aggregazione è indispensabile la presenza nella soluzione di

ioni flocculanti in grado di annullare le forze di repulsione che si instaurano fra

particelle di egual segno. Poiché nel terreno le superfici hanno prevalenti cariche

negative, tali ioni sono positivi, cioè cationi. Il potere flocculante di questi ioni

dipende dalla valenza e dal loro grado di idratazione: risultano più efficaci gli ioni

bivalenti rispetto ai monovalenti, e nell’ambito di ioni con la stessa valenza sono più

flocculanti quelli meno idratati; fa eccezione lo ione idrogeno che appare un energico

agente flocculante a causa delle sue piccole dimensioni.

Un aspetto molto importante della struttura è la sua stabilità ossia la capacità delle

caratteristiche strutturali di mantenersi costanti nonostante la variazione di parametri

ambientali (umidità, temperatura, ecc).

In termini di genesi della struttura si può immaginare che si debbano formare delle

interazioni tra le particelle. Il modo più semplice per immaginare queste interazioni è

quello dell'adesione fisica tra le diverse particelle. Queste interazioni sono di corto

raggio per cui sono soprattutto le strutture laminari, come le argille, a risentirne

maggiormente. Le particelle colloidali (elevata superficie e polari) sono quindi

fondamentali per l'instaurazione di fenomeni di aggregazione che possono avvenire

secondo diversi meccanismi:

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Azione di un catione flocculante: i colloidi argillosi, in genere negativi, sono

soggetti all'azione di cationi inorganici polivalenti (ad es. Fe++, Al+++, Ca+

+,ecc) come mostrato nell’immagine sotto:

Attraverso le molecole d'acqua di idratazione dei cationi flocculanti: alcuni

cationi possono idratarsi con acqua la quale a sua volta può stabilire delle

interazioni di questo tipo:

Presenza di colloidi carichi positivamente

Interazioni di Van der Walls

Tra queste interazioni la prima e la seconda sono le più importanti in quanto

determinano la formazione di flocculi che sono la base di partenza per la formazione di

aggregati.

Anche fattori chimici possono giocare un ruolo importante, soprattutto perché possono

interagire con la rottura di cementi organici. Alcuni leganti organici sono infatti molto

soggetti a fenomeni ossidativi che ne possono determinare il disfacimento.

Porosità

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La porosità esprime il volume degli spazi vuoti del terreno come rapporto percentuale

sul volume totale. Viene misurata in quanto non è detto che due terreni aventi analoga

tessitura abbiano uguale porosità. Questo perché le particelle costituenti il terreno

hanno forma irregolare e dimensioni diverse rendendo difficile stabilire delle relazioni

tra tessitura e porosità.

La porosità è legata alla sofficità del terreno e si riflette molto sui rapporti di esso con i

fluidi (aria ed acqua). Il valore ottimale di porosità di un terreno è intorno al 50%, ma

andrebbe operata una importante distinzione. Si possono infatti distinguere due tipi di

porosità:

macroporosità

microporosità

La microporosità ha riflessi sulla capacità di ritenzione idrica ed è correlata sia alla

tessitura sia alla struttura. In generale aumenta con il tenore in particelle fini e

finissime, raggiungendo i valori più elevati nei terreni argillosi e limosi.

La macroporosità ha riflessi sulla permeabilità e sui movimenti dell'aria e dell'acqua

nel terreno. È correlata principalmente alla tessitura, raggiungendo i valori più elevati

nei terreni sabbiosi, ma è condizionata anche dallo stato strutturale.

Il rapporto ottimale tra micro e macroporosità è pari a 1.

Densità

La densità esprime la massa del terreno riferita all'unità di volume. Si distingue fra la

densità reale, che prende in considerazione solo il volume della frazione solida, e la

densità apparente, che prende in considerazione il volume totale del terreno, compresi

quindi gli spazi vuoti.

La densità reale è poco importante ai fini pratici. Il suo valore, che è stabile ed assume

un valore di 2,65 kg/m3, dipende in sostanza dalla natura chimica della frazione solida,

mentre non ci sono particolari differenze in relazione alla tessitura.

La densità apparente può cambiare sensibilmente in relazione alla tessitura e alle sue

interazioni con la struttura.

Per quanto riguarda, invece, le proprietà chimiche del terreno le più importanti sono:

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pH

Potere assorbente

Potere tampone

Contenuto in calcare

pH

Il pH del terreno (chiamato anche reazione) è determinato dal rapporto quantitativo fra

ioni idrogeno e ioni ossidrile nella soluzione circolante, che a sua volta è il risultato di

una dinamica complessa in cui concorrono i composti chimici disciolti nell'acqua che

arriva al terreno, i materiali che vengono incorporati, l'attività biologica delle piante e

dei microrganismi. I fenomeni fisico-chimici si sviluppano nell'interfaccia di

separazione tra frazione solida e soluzione circolante.

Infine, il pH ha riflessi più o meno rilevanti sulla struttura del terreno, influenzando i

fattori che determinano lo stato di flocculazione dei colloidi.

Potere assorbente

Per potere assorbente si intende la capacità del terreno di trattenere l'acqua e gli

elementi scambiabili. L’ assorbimento può essere di diverso tipo tra cui: assorbimento

meccanico, dove il terreno si comporta come un filtro trattenendo gli elementi

scambiabili nei pori delle particelle che lo costituiscono; assorbimento biologico,

importante soprattutto nelle conservazione di elementi come azoto e zolfo;

assorbimento chimico nel quale il terreno trattiene gli elementi (in genere di calcio,

magnesio, ferro e alluminio) per effetto della precipitazione chimica di sali insolubili;

assorbimento colloidale (o scambio ionico) che interessa principalmente cationi e

residui dell’acido fosforico.

Un importante tipo di assorbimento colloidale è la capacità di scambio cationico

(CSC) che rappresenta la quantità di cationi scambiabili, espressa in milliequivalenti

per 100 grammi di terreno , che un materiale dotato di proprietà di adsorbimento può

trattenere per scambio ionico. La capacità di scambio cationico di uno scambiatore

dipende essenzialmente dalla densità delle cariche elettriche negative di superficie.

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L'origine di tali cariche è riconducibile, nei minerali argillosi, alla dissociazione acida

dei gruppi -OH di bordo.

La densità elettronegativa dipende essenzialmente da due fattori: la natura delle

cariche e il pH del terreno. La CSC di un terreno o di un qualsiasi scambiatore

diminuisce con il pH con il seguente meccanismo:

Argilla-Me+ + H+ → Argilla-H + Me+

Potere tampone

Il terreno è in grado di comportarsi come un sistema tampone opponendosi, entro certi

limiti, a drastiche variazioni del pH. Nel terreno il potere tampone è determinato in

gran prevalenza dalla presenza di colloidi organici e minerali parzialmente saturati

dalle basi di scambio e dai colloidi elettropositivi, in particolare l'idrossido di

alluminio. La proprietà tampone conferita dai colloidi del terreno è dovuta al

comportamento, sia dell'humus sia dei minerali argillosi, come acidi deboli, e

dell'idrossido di alluminio come base debole.

In definitiva il potere tampone del terreno dipende dalla tessitura, dal tenore in

sostanza organica e, infine, dal pH. Per quanto riguarda il ruolo della tessitura e del

contenuto in sostanza organica, queste proprietà si riflettono sul tenore in colloidi e,

quindi, sulla CSC.

Contenuto in calcare

Il contenuto in calcare è una proprietà chimica che influisce notevolmente su diverse

proprietà fisiche e chimiche dei terreni soggetti ad alcalinità costituzionale. Il calcare

presente nel terreno deriva in genere dalla disgregazione di minerali presenti in rocce

carbonatiche (calcite, aragonite, dolomite) oppure dal deposito conseguente all'apporto

naturale o artificiale di acque carbonatiche. In senso stretto il calcare comprende i

carbonati di calcio e di magnesio, ma nel terreno sono presenti anche altri carbonati (di

ferro, potassio, sodio, ecc.) che nel complesso rientrano nella composizione del calcare

totale.

Dal punto di vista granulometrico le particelle di calcare rientrano soprattutto nella

composizione del limo e, in parte, dell'argilla.

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Dal punto di vista chimico la frazione granulometrica di maggiore interesse è quella

argillosa, in quanto sono le particelle più fini ad intervenire nei processi fisici e

chimici di superficie. Il calcare totale si distingue perciò in due frazioni, dette

rispettivamente calcare inerte e calcare attivo; quest'ultima è quella che effettivamente

contribuisce a determinare le proprietà chimiche dei terreni.

2. Analisi granulometrica

L’analisi della composizione granulometrica mira a conoscere il contenuto in particelle

primarie del terreno, suddivise in base alla grandezza indipendentemente dal modo in

cui si trovano distribuite nello spazio.

Le analisi granulometriche hanno essenzialmente due grandi applicazioni;

nell’agronomia servono per conoscere le relazioni che intercorrono tra tessitura ed

elementi nutritivi per le colture, mentre nella geologia sono usate nello studio della

franabilità di un terreno.

La componente solida primaria (cioè non associata in aggregati strutturali) del terreno

è caratterizzata da particelle di varie dimensioni: da diametri dell’ordine del centimetro

si passa ai millimetri e ai decimi di micron dei componenti più fini. Queste frazioni

possono essere classificate in base al diametro e raggruppate in categorie dimensionali.

Sono state proposte a riguardo molte suddivisioni che fondamentalmente differiscono

per i limiti delle classi dimensionali delle singole particelle. Le principali sono due e

differiscono solo per il limite che separa limo e sabbia: 0,02 mm per la Società

Internazionale di Scienze del Suolo, ripresa dall’Unichim e 0,05 mm per l’USDA,

ripresa dalla Società Italiana di Scienze del Suolo; coincidono invece il limite

superiore per la sabbia, 2 mm, ed il limite limo-argilla, 0,002 mm.

Il metodo prevede una prima separazione delle particelle aventi diametro inferiore a 2

mm, denominate “terra fine”, che rappresenta la frazione della componente solida del

terreno più direttamente responsabile delle caratteristiche fondamentali del suolo e su

cui vengono eseguite tutte le successive determinazioni chimiche e fisiche e riferiti i

relativi risultati.

18

L’analisi granulometrica viene eseguita mediante due tecniche:

setacciatura, per la frazione grossolana

sedimentazione, per la frazione fine

La determinazione dello scheletro viene eseguita in laboratorio per setacciatura del

terreno utilizzando un setaccio a maglia tonda con vaglio da 2 mm.

La determinazione granulometrica della terra fine è una procedura basata sulla misura

della densità di una sospensione, ottenuta miscelando il terreno all’acqua con

l’aggiunta di sostanze disperdenti per favorire la separazione delle particelle, la cui

interpretazione viene fatta impiegando la legge di Stokes, che lega la velocità di

sedimentazione di una particella in sospensione al diametro della particella e alla

densità della miscela.

Per poter applicare la legge di Stokes occorre considerare le particelle della terra fine

come sfere.

2.1. Legge di Stokes: una sfera immersa in un fluido viscoso, fermo ed

indefinito, e abbandonata a se stessa senza velocità iniziale, per effetto della gravità

cade con moto inizialmente accelerato. Se il diametro della sfera è abbastanza piccolo

così che nella sua caduta essa non provochi la formazione di scie vorticose, la sfera

raggiunge una velocità di regime alla quale si equilibrano la resistenza del mezzo e la

forza motrice, proseguendo la sua caduta con moto uniforme.

La velocità di una particella in caduta nel fluido (velocità di sedimentazione) può

essere cosi espressa:

: densità della sfera (particella di terreno)

: densità del fluido

: coefficiente di attrito viscoso del fluido

: accelerazione gravitazionale

: raggio della sfera19

Una volta fissato il fluido usato (acqua nel caso dell’analisi granulometrica del terreno)

la sua densità e viscosità risultano fissate. L’accelerazione di gravità è fissa e come

densità della particella si può utilizzare un valore medio di 2,65 Kg/m3.

La velocità di sedimentazione, quindi, diventa funzione unica del quadrato del raggio

delle particelle; per questo le particelle di diametro maggiore (sabbia) precipitano

prima, mentre quelle più fini (limo e argilla) rimangono in sospensione per lungo

tempo.

La legge di Stokes è valida sperimentalmente solo per piccole sfere (al più di circa 2

millimetri) fatte cadere in grandi recipienti (come ad esempio cilindri di 6-7 cm di

diametro e 25-30 cm di altezza).

Eseguendo misure di densità a diversi intervalli di tempo e conoscendo il peso

specifico dei grani è possibile ricavare il diametro e la percentuale in peso delle

particelle rimaste in sospensione e quindi aventi diametro inferiore a quelle

sedimentate.

Per disperdere gli aggregati prima della determinazione vera e propria il terreno viene

messo a contatto con una soluzione disperdente di esametafosfato di sodio che agisce

sui legami fra le particelle.

In molti laboratori l’analisi della tessitura viene eseguita tramite metodi manuali i quali

però hanno tempi di analisi molto lunghi e sono soggetti ad errori dovuti alla difficoltà

di misurare le frazioni di diametro maggiore che precipitano nei primi secondi di

analisi. I metodi più usati sono:

o il metodo della pipetta, con cui le varie frazioni vengono raccolte dopo

sedimentazione in tempi stabiliti, essiccate e pesate.

o il metodo densimetrico che permette di risalire alla composizione percentuale

delle varie frazioni minerali misurando la densità della sospensione a tempi

stabiliti e calcolando per differenza la percentuale di particelle già sedimentate.

Contemporaneamente all’utilizzo del GSA sono state effettuate alcune prove con il

metodo densimetrico il quale però è stato subito abbandonato in quanto i risultati

ottenuti presentavano un elevato grado di disomogeneità.

20

Come è stato detto in precedenza, prima di procedere all’analisi della tessitura, gli

aggregati colloidali presenti nel terreno devono essere dispersi; a questo scopo viene

usata una soluzione acquosa di esametafosfato di sodio.

2.2. Il sodio esametafosfato (SHMP) chiamato anche Calgon S è un esamero di

formula (NaPO3)6 anche se quello presente in commercio è una miscela di metafosfati

polimerici di cui l’esamero è quello che da il nome al composto. Il sodio

esametafosfato idrolizza in soluzione acquosa, in particolare in condizioni acide, per

dare sodio trimetafosfato e sodio ortofosfato.

Fig. 3- Esametafosfato di sodio

Nell’ analisi della tessitura, viene usato come disperdente dei colloidi argillosi per far

si che i costituenti del terreno siano presenti come particelle singole e non come

aggregati, condizione necessaria per l’analisi granulometrica. La dispersione avviene

grazie alla sostituzione dei cationi assorbiti dalle argille, come il Ca2+, con cationi Na+

provenienti dal SHMP. I cationi polivalenti sostituiti formano complessi insolubili con

il fosforo i quali impediscono la riformazione degli aggregati.

L’assorbimento di cationi Na+ da parte dell’argilla favorisce l’incremento

dell’idratazione di quest’ultima con ulteriore dispersione dei colloidi. Questa

condizione indebolisce la forza del legame tra l’argilla e il catione aumentando

l’elettronegatività della particella di argilla e quindi la sua repulsione da altre argille.

I risultati ottenuti nell’analisi granulometrica vengono usati per costruire una curva

granulometrica.

21

2.3. La curva granulometrica è un diagramma sperimentale ottenuto in

seguito al passaggio del materiale campione tramite setacciatura (per frazioni

granulometriche grossolane) o sedimentazione (per frazioni granulometriche fini).

Il risultato dell'analisi è reso più chiaramente visibile attraverso la creazione di grafici

in scala ordinaria o logaritmica che riportano:

- il diametro delle particelle in ascissa

- la percentuale in peso che possiede un diametro indicato in ordinata

Fig. 4- curva granulometrica ottenuta per analisi della tessitura con lo strumento GSA

Dall'analisi della curva granulometrica di un terreno è possibile derivarne il tipo e il

grado di assortimento delle particelle, cioè quanto le particelle che compongono il

campione presentano eterogeneità di dimensioni.

Eseguendo misure di densità a diversi intervalli di tempo e conoscendo il peso

specifico dei grani è possibile ricavare il diametro e la percentuale in peso delle

particelle rimaste in sospensione e quindi aventi diametro inferiore a quelle

sedimentate. Utilizzando questi dati è così possibile completare la curva

granulometrica. La forma della curva è indicativa della distribuzione granulometrica:

più la curva è distesa, più la granulometria è assortita. La curva granulometrica è una

curva % cioè indica la % in peso della frazione che super un determinato diametro.

22

Parte SPERIMENTALE

1. Trattamento preliminare del terreno

Il terreno usato per le analisi proveniva dal campione di un cliente del laboratorio ed è

stato scelto perché presente in quantità sufficiente per tutte le analisi. Il terreno inoltre

presentava una trascurabile quantità di scheletro ed erano assenti radici o altri residui

di natura organica.

Il terreno destinato all’analisi deve essere completamente asciutto e per questo viene

steso, all’aria, su carta da filtro per una settimana circa fino a completa stabilizzazione

dell’umidità; per migliorare l’essicazione il terreno deve essere “mescolato”

manualmente almeno una volta al giorno.

Quando il terreno è completamente asciutto si procede alla fase di setacciatura. A

questo scopo viene usato un setacciatore meccanico con vaglio a maglie tonde da 2

mm. L’aliquota di terreno da setacciare viene inserito all’interno di un setaccio di

forma cilindrica insieme ad un cilindro di ferro pesante che ha lo scopo di frantumare i

grumi e gli aggregati più grossolani del terreno, mediante debole e costante

percussione. Il setaccio viene chiuso e inserito al interno del setacciatore sopra dei rulli

i quali girando permettono la frantumazione delle zolle tenere e quindi la setacciatura

della frazione di terreno inferiore ai 2 mm. Dopo 5 minuti di funzionamento del

setacciatore la parte che non passa attraverso i fori da 2 mm ,considerata scheletro

(costituita da sassi, zolle concrete e vegetali), viene scartata in quanto non utile per le

analisi successive.

La frazione, invece, che attraversa i fori dal setaccio rappresenta la cosiddetta terra

fine e viene usata per le successive setacciature ed analisi. La frazione di 2 mm viene

ulteriormente setacciata usando un setaccio con vaglio a maglie da 1 mm. La parte che

non attraversa i fori del setaccio, avente un diametro delle particelle maggiore di 1

mm, viene frantumata per debole percussione con un martelletto di gomma per

rompere gli aggregati e permettere una più completa setacciatura delle particelle aventi

diametro inferiore a 1 mm. Il terreno cosi frantumato viene setacciato nuovamente con

il setaccio da 1 mm; la frazione che non passa viene scartata.

23

La frazione passante invece viene successivamente setacciata a 0.5 mm, frantumando

gli aggregati come fatto per la frazione da 1 mm. La frazione che non supera i fori del

setaccio viene scartata mentre quella da 0.5 viene conservata all’interno di contenitori

di plastica.

Quest’ultima rappresenta la frazione maggiormente usata nelle analisi granulometriche

e nella caratterizzazione chimico-fisica del terreno in quanto fisicamente più

omogenea.

Il campione di terreno, in parte omogeneizzato per l’azione rotatoria del setacciatore

meccanico, viene sottoposto ad un ulteriore omogeneizzazione inserendo il contenitore

di plastica, contenente la frazione precedentemente setacciata, all’interno del

setacciatore meccanico e bloccato per impedire che giri su se stesso. Il barattolo viene

fatto girare all’interno del setacciatore per circa 1 ora e questo accorgimento permette

una discreta omogeneizzazione fisica del campione.

2. Caratterizzazione chimico-fisica del campione

Prima di effettuare le analisi per determinare l’omogeneità del campione sul terreno

vengono svolte alcune analisi di tipo chimico-agronomico per determinare la natura

del terreno che verrà usato successivamente.

Le analisi verranno effettuate sulla frazione di terreno setacciato a 0.5 mm, che

rappresenta circa il 65% dell’aliquota di terreno setacciato a 2 mm con il setacciatore

automatico. L’alta percentuale di terreno con particelle di diametro inferiore a 0.5 mm

indica che nel terreno è presente una bassa percentuale di aggregati concreti dovuti ai

possibili colloidi e questo potrebbe indicare un basso contenuto di argilla nel terreno

che favorisce la formazione di questi ultimi.

I metodi usati sono riportati nell’Allegato 2 (metodi presi da: “Metodi ufficiali di

analisi chimica dei suoli” pubblicato su Gazz. Uff. Suppl. Ordin. n° 248 del

21/10/1999).

24

2.1. pH (in H2O e KCl)

pH in H2O : La misura del pH di una sospensione di terreno in acqua rileva la

concentrazione di ioni H3O+ allo stato dissociato nel liquido surnatante. Tali ioni sono

in equilibrio con quelli presenti allo stato non dissociato che si possono trovare su

alcune componenti solide del terreno quali colloidi organici, minerali argillosi ed una

serie di altri composti che presentano cariche di polarizzazione superficiale. La

determinazione viene effettuata usando il pHmetro.

Il terreno da me analizzato ha un valore di pH di 8.1 e quindi in base alla

classificazione USDA è un terreno moderatamente alcalino. L'alcalinità moderata è

dovuta ad una marcata presenza di carbonati di calcio e magnesio ed i terreni che

manifestano questa alcalinità sono detti comunemente calcarei.

Tab. 2- Classificazione pH terreni secondo il Dipartimento Agrario degli Stati Uniti

pH in KCl : il pH del terreno non dipende solo dagli ioni H+ che passano in

soluzione ma anche, sia pure in minima parte, da quelli rimasti adsorbiti sulla

superficie dei colloidi minerali e organici. Per valutare il contributo di questi

idrogenioni è opportuno, quindi, misurare il pH del suolo disperso in una soluzione di

cloruro di potassio 1 M invece dell’acqua. Lo ione K+ libera gli idrogenioni che sono

adsorbiti sulla superficie delle micelle di argilla e degli acidi umici abbassando il pH

della sospensione di terreno. I valori che si ottengono in queste condizioni sono in

genere inferiori a quelli che si riscontrano in acqua e dipendono dal grado di

saturazione basica del complesso di scambio del terreno.25

Nel mio campione il pH nella soluzione di KCl è 7.5 è quindi il terreno mostra una

buona capacità di scambio.

2.2. Sostanza organica

La sostanza organica viene determinato per ossidazione del carbonio organico con una

soluzione di dicromato di potassio 1 N in presenza di acido solforico concentrato alla

temperatura che si raggiunge in conseguenza della brusca diluizione dell’acido. La

reazione viene interrotta diluendo con acqua dopo 30 minuti. Il dicromato che non ha

reagito viene titolato con una soluzione di ferro ammonio solfato (sale di Mohr) 0.5 N.

La titolazione viene eseguita con un titolatore automatico che fornisce come risultato

finale sia la percentuale di sostanza organica che la percentuale di carbonio organico

presenti nel campione.

Nel mio campione la percentuale di sostanza organica è di 1.8 % (quella del carbonio

organico invece e del 1.0 %) che rappresenta un contenuto medio come indicato dallo

schema interpretativo ARPAV (tabella sotto).

Tab. 3- interpretazione del contenuto in sostanza organica di un suolo secondo ARPAV

Giudizio Sostanza organica %

molto povero <0,8

scarso 0,8-1,2

medio 1,2-2,0

buono 2,0-4,0

ricco 4,0-8,0

molto ricco >8,0

2.3. Tessitura

La tessitura del terreno viene determinata tramite analisi granulometrica usando un

analizzatore granulometrico automatico, il GSA (il metodo verrà spiegato

dettagliatamente più avanti). L’analisi ci fornisce le seguenti percentuali delle classi

granulometriche considerate:

- Sabbia grossa: 6.4% Sabbia totale: 28.1%

- Sabbia fine : 21.7%

26

- Limo grosso : 33.2% Limo totale: 63.5%

- Limo fine : 30.3%

- Argilla : 8.4%

Utilizzando le percentuali granulometriche sopra esposte è possibile determinare il tipo

di terreno dovuto alla tessitura utilizzando il cosiddetto triangolo delle tessiture

(secondo la classificazione USDA).

Fig. 5- Triangolo tessiturale secondo la classificazione USDA

Come si può osservare dalla figura il terreno da me usato è di tipo franco-limoso cioè

un terreno che presenta una equilibrata percentuale di sabbia, limo e argilla con una

predominanza della frazione limo che può rendere il terreno mal strutturato e poco

permeabile.

Analisi granulometrica del mio campione effettuata presso il Laboratorio di Geologia

Come ulteriore conferma di questi risultati è stata effettuata l’analisi granulometrica ed

areometrica presso il laboratorio di Geologia Applicata e di Geotecnica del

27

Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente. Le tabelle con i risultati e la

curva granulometrica ottenuta con questi dati vengono riportati nell’Allegato 1 mentre

l’interpretazione del campione viene di seguito riportata.

La misura quantitativa della frazione granulometrica è stata eseguita con setaccio

standard per la frazione granulometrica superiore a 0.074 mm mentre l’analisi

granulometrica della frazione inferiore viene eseguita per sedimentazione (norma

ASTM D422). Si sottolinea che mentre i diametri della fase di setacciatura sono

standardizzati, i diametri delle particelle misurate durante la sedimentazione sono

calcolati in funzione della legge di Stokes e pertanto possono variare in relazione ai

tempi di lettura. La curva granulometrica di un campione è pertanto formata da due

curve ricavate con modalità diverse e perciò nella parte di congiunzione si possono

presentare alcune imprecisioni.

Il campione in esame presenta la seguente composizione granulometrica:

sabbia: 23%

limo: 69%

argilla: 8%

Il terreno è pertanto classificabile dal punto di vista granulometrico come un limo

sabbioso, debolmente argilloso.

La forma della curva granulometrica può essere espressa da un coefficiente di

uniformità calcolata con la seguente formula:

U = D60 / D10

Dove D60 indica il diametro corrispondente al 60% di passante e D10 al diametro

corrispondente al 10% del passante.

In questo caso U = 16 ed indica un materiale poco uniforme dal punto di vista

granulometrico.

28

2.4. Calcare (totale e attivo)

Calcare totale: è costituito dalla totalità dei carbonati dei quali i più importanti

sono quelli di calcio e magnesio ed in misura minore i carbonati di sodio, ferro e

potassio. I carbonati influenzano il pH del suolo in quanto nella soluzione circolante

possono formare bicarbonato solubile che si scinde in ioni calcio, anidride carbonica

ed in ossidrili che fanno innalzare il pH del suolo.

Il calcare totale viene determinato con l’utilizzo del calcimetro nel quale i carbonati

vengono decomposti a CO2 per trattamento del suolo con acido cloridrico.

Dal volume di anidride carbonica sviluppata si risale al contenuto in calcare espresso

come percentuale di CaCO3.

Il contenuto di calcare totale presente nel mio campione è di 6.1% rappresentando un

terreno lievemente calcareo, come indicato dalla tabella sottostante.

Tab. 4- Interpretazione di un terreno in base al contenuto in calcare totale

Terreno Calcare totale (%) Calcare totale (g/Kg)non calcareo < 2.5 < 25

lievemente calcareo 2.5 - 10 25 - 100mediamente calcareo 10- 20 100 - 200

sensibilmente calcareo 20 - 30 200 - 300fortemente calcareo 30 - 50 300 - 500

calcareo > 50 > 500

Calcare attivo: indica il calcio carbonato presente nel suolo che, per natura

chimica, cristallinità e grado di suddivisione, risulta caratterizzato da elevata reattività.

Il contenuto di calcare attivo, espresso in percentuale, viene determinato facendo

reagire un campione di terra fine con un eccesso di soluzione di ammonio ossalato 0.2

N. L’ammonio ossalato non reagito viene determinato per titolazione, a caldo, con una

soluzione di potassio permanganato 0.1 N.

Il calcare attivo determinato dopo la titolazione è di 1.3% che rappresenta un

contenuto scarso di quest’ultimo, come indicato dalla tabella sottostante.

29

Tab. 5- classificazione di un terreno in base al contenuto di calcare attivo

Dotazione Calcare attivo (%) Calcare attivo (g/Kg)scarso < 2 < 20

normale 2 - 5 20 - 50elevato 5 - 10 50 - 100

molto elevato > 10 > 100

2.5. CSC

La capacità di scambio cationico determina la capacità di un suolo di accumulare

cationi dalla soluzione circolante, fondamentalmente sulle superfici micellari,

essenzialmente per interazioni elettrostatiche fra componenti di carica opposta in fasi

diverse. Essa è regolata dalle leggi dell’equilibrio chimico in fase eterogenea in cui

sono fondamentali le attività di superfici assorbenti, associabili ai siti di carica

superficiali, e quelle di ioni in soluzione, riconducibili alle concentrazioni ioniche. Per

la determinazione della CSC il campione di suolo viene monosaturato con bario per

trattamento con una soluzione di bario cloruro al 10% tamponato a pH 8.1.

Successivamente, al campione saturato dal bario viene aggiunta una soluzione di

magnesio solfato 0.1 N. La reazione porta alla formazione del bario solfato insolubile

e quindi allo scambio completo Ba/Mg. L’eccesso di magnesio in soluzione, che

corrisponde alla quantità di bario scambiato, e quindi alla CSC, viene determinato per

titolazione complessometrica con EDTA (usando come indicatore il NET).

Il mio campione di terreno ha un valore di CSC di 14.8 meq/100 g di suolo e quindi,

come indicato nelle tabella sottostante, rappresenta un terreno franco-limoso come era

stato dimostrato anche dall’analisi granulometrica.

Tab. 6- Relazione tra CSC e tessitura di un terreno

Tessitura CSC (meq/100 g suolo)Sabbioso 1 - 5

Franco-sabbioso 5 - 10Franco-limoso 10 - 15

Franco-argilloso 15 - 30Argilloso > 30

30

In genere valori relativamente alti, compresi fra 15 e 50 meq/100g si riscontrano nei

terreni ben dotati di colloidi idrofili elettronegativi ad alta capacità di scambio

(particelle rappresentate per lo più dall'humus e dai minerali argillosi). Questa

indicazione ha tuttavia solo un valore orientativo perché molto dipende dal tipo di

colloidi minerali e, soprattutto, dal pH del terreno.

Ricapitolando, dopo le analisi agronomiche volte a determinare le principali

caratteristiche chimico-fisiche del campione di terreno da me usato, messo a

disposizione dal laboratorio di Riccagioia, questo presenta le seguenti caratteristiche:

- moderatamente alcalino (pH 8.1 in H2O; 7.5 in sol. KCl),

- contenuto medio di sostanza organica ( 1.8% sost. organica),

- terreno franco-limoso (28% sabbia, 64% limo, 8% argilla)

- lievemente calcareo con una scarsa percentuale di calcare attivo (6.1% calcare

totale; 1.3% calcare attivo),

- alta capacità di scambio dovuta ad una buona presenza di colloidi idrofili

elettronegativi (CSC = 14.8 meq/100 g suolo).

31

3. Analisi granulometrica con GSA

3.1. Strumento GSA

Il GSA (Grain Size analyzer) è uno strumento che permette la caratterizzazione

granulometrica dei terreni attraverso la misura della riduzione progressiva della densità

di una sospensione di terreno, conseguente alla sedimentazione nel tempo delle

particelle del materiale. Questo strumento si avvale della procedura prescritta dalle

normative standard ASTM D422 e UNI CEN ISO/TS 17892-4, applicata ad una

bilancia idrostatica elettronica per la misura della densità modifica. Il GSA viene usato

in alternativa all’idrometro manuale (o altri densimetri standard) soggetto a letture

difficoltose e soggettive.

La soluzione acqua-terreno viene preparata all’interno di cilindri di vetro da 500 ml,

con tacca di riferimento, i quali vengono introdotti all’interno degli appositi spazi nello

strumento sotto i quali sono presenti dei magneti che permettono, utilizzando

un’ancoretta magnetica, l’agitazione della soluzione. È possibile impostare la velocità

di agitazione, sia il minimo che il massimo, regolando manualmente il tachimetro che

la controlla.

La densità della sospensione di terreno viene misurata per via di un pescante

appoggiato al gancio porta pescante della bilancia idrostatica ed inserito all’interno del

cilindro contenente la sospensione di terreno.

Il pescante è costituito da una fialetta di vetro di forma cilindrica che contiene al suo

interno tante piccole sfere di piombo bloccate sul fondo del cilindro da un tappo di

sughero. All’estremità opposta del pescante è legato un sottilissimo filamento di

acciaio il quale permette di agganciare il pescante all’apposito gancio porta pescante.

Per le misure granulometriche, il GSA misura la densità della sospensione di terreno a

intervalli di tempo prestabiliti. La densità diminuisce con la sedimentazione

progressiva delle particelle con una velocità di sedimentazione che è funzione unica

del quadrato del raggio delle particelle (legge di Stokes). Le particelle di diametro

maggiore hanno una velocità di sedimentazione maggiore provocando una

32

diminuzione della densità della sospensione di terreno e quindi sono quelle che

vengono individuate per prima.

L’analisi granulometrica effettuata con questo strumento, che utilizza la classificazione

granulometrica del Dipartimento Agrario degli Stati Uniti (USDA), permette la

distinzione delle seguenti frazioni:

sabbia grossa ( > 100 µ )

sabbia fine ( 100 – 50 µ )

limo grosso ( 50 – 20 µ )

limo fine ( 20 – 2 µ )

argilla ( < 2 µ )

Lo strumento lavora in un range di densità da 0.900 a 1.0500 con precisione alla quarta

cifra decimale ed inoltre ha una compensazione automatica della variazione della

temperatura.

Il GSA è molto adatto per la frazione più fine del terreno da 0.1 a 0.001 mm.

Quindi eseguendo misure di densità a diversi intervalli di tempo e conoscendo il peso

specifico dei grani è possibile ricavare il diametro e la percentuale in peso delle

particelle rimaste in sospensione e quindi aventi diametro inferiore a quelle

sedimentate. Più precisamente i dati della granulometria vengono espressi in g/Kg.

Il GSA in uso al laboratorio di Riccagioia ha 3 postazioni che permette, quindi, la

determinazione granulometrica di 3 campioni contemporaneamente.

Lo strumento viene completamente gestito via software e consente la raccolta e

l’elaborazione dei dati acquisiti, nonché l’ottimizzazione dei parametri di prova (come

il tempo di analisi).

Lo strumento permette la visualizzazione dei dati aggiornati in tempo reale ogni volta

che viene acquisita una nuova lettura. Nella figura sotto viene riportato un esempio

della schermata dei parametri misurati dallo strumento. Nella parte sinistra si trova una

tabella di tutte le letture effettuate (rispettivamente: tempo di lettura, densità

sospensione, temperatura soluzione, diametro particelle e percentuale frazione) mentre

nella parte destra si trova il grafico della curva granulometrica.

33

Fig. 6- Dati acquisiti dal GSA (tabella riportante tutti i parametri misurati a sinistra; curva granulometrica a destra)

Il termine dell’analisi può essere considerato raggiunto a circa 8 ore in quanto il limite

limo-argilla ( 2 µ ) viene incontrato a circa 6.5 ore dall’inizio dell’analisi. Il tempo

totale di analisi può essere modificato (solitamente viene allungato) per verificare se la

variabile tempo può influenzare i risultati ottenuti.

L’utilizzo del GSA rappresenta un grande vantaggio, rispetto all’analisi manuale, oltre

che dal punto di vista della ripetibilità dei risultati anche per quanto riguarda i tempi di

analisi che arrivano a 24 ore nell’analisi manuale.

3.2. Preparazione campione ed analisi con GSA

Dal campione di terreno precedentemente setacciato e omogeneizzato viene pesata

un’aliquota di 25 grammi che vengono inseriti nel cilindro di vetro (da 500 ml)

insieme a 62 ml di una soluzione acquosa di esametafosfato di sodio al 4% ( 40 g/L ).

Quest’ultima viene usata come disperdente dei colloidi argillosi per far si che i

costituenti del terreno siano presenti come particelle singole e non come aggregati,

condizione necessaria per l’analisi granulometrica.34

Il cilindro viene agitato bene per permettere a tutto il terreno di entrare in contatto con

il sodio esametafosfato.

Il terreno viene lasciato a contatto con la soluzione disperdente per un tempo che va

dalle 5 alle 7 ore, per permettere una ottimale dispersione dei colloidi.

Terminato il tempo necessario a disperdere i colloidi nel cilindro viene introdotto un’

ancoretta magnetica a sezione triangolare, che in seguito servirà per agitare

uniformemente la soluzione, quindi viene aggiunta acqua distillata fino alla tacca di

riferimento del cilindro.

Prima di procedere, dal software che gestisce lo strumento si deve controllare la tara

della bilancia (se il valore indicato non fosse 0,000 g va eseguita la taratura). Per la

calibrazione invece, viene usato un peso di massa tarata da 100 g in classe E2 (che ha

una massa certificata) appoggiato ad un piattino agganciato al porta pescante della

bilancia idrostatica.

Il cilindro viene, quindi, posto nell’apposito alloggio sul GSA e dal computer collegato

allo strumento viene fatta partire l’agitazione dalla soluzione suolo-acqua che

proseguirà per 10 min.

A questo punto è fondamentale che nelle 3 postazioni dello strumento la velocità di

agitazione sia la medesima per avere la stessa omogeneizzazione nei 3 campioni

analizzati contemporaneamente. Condizione molto laboriosa da ottenere in quanto la

velocità di rotazione del sistema di agitazione viene regolata manualmente tramite 2

viti; una che regola la velocità massima di rotazione, raggiunta durante l’agitazione

della sospensione, ed una che regola la velocità minima che lo strumento mantiene nel

lasso di tempo tra la fine dell’agitazione e l’inserimento del pescante.

Finito il tempo di agitazione, quando indicato dallo strumento, viene inserita nella

sospensione la sonda della temperatura (costituita da un asta di metallo che viene fatta

scendere all’interno del cilindro) ed il pescante per la misura della densità, il quale è

viene agganciato all’apposito porta pescante della bilancia idrostatica. Durante questo

tempo la sospensione è ancora mantenuta in leggera agitazione per evitare che le

particelle più pesanti sedimentino prima che venga inserito il pescante senza quindi

poter essere rilevate.

35

A questo punto viene fatta partire l’analisi vera e propria che dura per 8 ore (questo

tempo verrà in seguito portato a 12 ore per verificare se il tempo totale dell’analisi

influenza i risultati ottenuti).

A fine analisi il software che gestisce il GSA fornisce le percentuali in peso, espresse

in g/Kg, delle varie classi granulometriche che compongono il campione analizzato e

la curva granulometrica ottenuta con i dati delle misurazioni effettuate durante tutta

l’analisi.

3.3. Elaborazione dati granulometria

Le analisi granulometriche con il GSA vengono effettuate su tutte le frazioni di

terreno, di vario diametro (2, 1 e 0.5 mm), ottenute dopo setacciatura del campione

iniziale di terreno e omogeneizzazione di queste per agitazione continua. Questo serve

a determinare se, per questo tipo di analisi, il diametro del setacciato può influenzare

l’omogeneità del campione.

I risultati dell’ analisi granulometrica, suddivisi per diametro del setacciato, vengono

inseriti all’interno di una tabella e successivamente per ogni classe granulometrica

(sabbia grossa, sabbia fine, limo grosso, limo fine e argilla), dopo aver eliminato

eventuali outliers, viene eseguita una analisi statistica dei dati. Attraverso i dati forniti

dalla statistica è possibile dare un’indicazione sullo stato di omogeneità del campione

di terreno usato nelle analisi della tessitura.

36

Si ricorda che il GSA fornisce i risultati espressi in g/Kg e le classi granulometriche

vengono suddivise in base ai seguenti intervalli di diametro delle particelle:

sabbia grossa ( > 0.1 mm )

sabbia fine ( 0.1 – 0.05 mm )

limo grosso ( 0.05 – 0.02 mm )

limo fine ( 0.02 – 0.002 mm )

argilla ( < 0.002 mm )

Di seguito viene riportata una tabella di tutti i parametri e la curva granulometrica

ottenuti in seguito all’analisi con il GSA.

La parte più importante è curva granulometrica in quanto su questa vengono riportate

anche le percentuali (espresse come g/Kg) delle classi granulometriche presenti nel

campione analizzato. Sia la curva che la tabella con tutti i parametri misurati vengono

aggiornati in tempo reale durante l’analisi.

Nella tabella (sotto riportata) vengo riportati tutti i parametri riguardanti l’analisi di un

solo campione anche se, come detto in precedenza, il GSA permette l’analisi di 3

campioni contemporaneamente e in questo caso la tabella riporterà tutti i dati misurati

sui 3 campioni.

Per motivi di spazio la tabella è suddivisa in due parti nella stessa pagina mentre le

diverse colorazioni servono ad individuare più facilmente le diverse classi

granulometriche in base agli intervalli di diametro delle particelle che le caratterizza.

37

Tab. 7- riportante i parametri analizzati dal GSA per un singolo campione

Tempo (min)

Dens. (Kg/m3)

Temp. (°C)

Dimen. (mm)

Perc. (%)

0,04 2,3284 19,6 0,19682 100 1,73 1,021 19,6 0,02944 52,8810,07 1,0355 19,6 0,14786 99,675 1,8 1,0208 19,6 0,02889 52,2020,1 1,0349 19,6 0,12213 97,616 1,87 1,0205 19,6 0,02837 51,365

0,13 1,0342 19,6 0,10586 95,426 1,93 1,0203 19,6 0,02787 50,7530,17 1,0334 19,6 0,09474 92,722 2 1,0202 19,6 0,02741 50,2050,2 1,0326 19,6 0,08652 90,402 2,07 1,02 19,6 0,02696 49,528

0,23 1,032 19,6 0,08012 88,404 2,13 1,0198 19,6 0,02654 49,0120,27 1,0314 19,6 0,07496 86,247 2,2 1,0196 19,6 0,02613 48,4320,3 1,0307 19,6 0,07069 84,025 2,27 1,0195 19,6 0,02575 47,98

0,35 1,0299 19,6 0,06585 81,447 2,33 1,0193 19,6 0,02538 47,3350,4 1,0291 19,6 0,06124 79,128 2,4 1,0192 19,6 0,02502 46,949

0,43 1,0288 19,6 0,05884 77,936 2,47 1,019 19,6 0,02468 46,4340,47 1,0284 19,6 0,0567 76,712 2,53 1,0189 19,6 0,02435 45,9820,5 1,0281 19,6 0,05478 75,681 2,6 1,0187 19,6 0,02404 45,401

0,53 1,0278 19,6 0,05305 74,875 2,67 1,0186 19,6 0,02374 45,0150,57 1,0275 19,6 0,05146 73,91 2,73 1,0185 19,6 0,02345 44,6920,6 1,0272 19,6 0,05002 72,879 2,8 1,0183 19,6 0,02317 44,177

0,63 1,0269 19,6 0,04868 72,01 2,87 1,0182 19,6 0,0229 43,7250,67 1,0266 19,6 0,04745 71,076 2,93 1,0181 19,6 0,02263 43,4020,71 1,0263 19,6 0,04614 70,046 3 1,0179 19,6 0,02238 43,0480,73 1,0261 19,6 0,04525 69,369 3,07 1,0178 19,6 0,02214 42,6920,77 1,0259 19,6 0,04425 68,563 3,13 1,0177 19,6 0,0219 42,3360,81 1,0256 19,6 0,04313 67,694 3,2 1,0176 19,6 0,02167 41,9810,83 1,0254 19,6 0,04245 67,179 3,27 1,0175 19,6 0,02145 41,6590,87 1,0252 19,6 0,04162 66,536 3,33 1,0174 19,6 0,02123 41,3360,9 1,0251 19,6 0,04085 65,989 3,4 1,0173 19,6 0,02103 41,045

0,93 1,0249 19,6 0,04011 65,44 3,47 1,0172 19,6 0,02082 40,590,97 1,0245 19,6 0,03941 64,12 3,53 1,0171 19,6 0,02063 40,397

1 1,0244 19,6 0,03875 63,797 3,6 1,0169 19,6 0,02043 39,8171,07 1,024 19,6 0,03752 62,703 3,67 1,0169 19,6 0,02025 39,6541,13 1,0236 19,6 0,0364 61,318 3,73 1,0168 19,6 0,02007 39,4921,2 1,0232 19,6 0,03538 60,062 3,8 1,0168 19,6 0,01989 39,202

1,27 1,0229 19,6 0,03443 59,064 3,87 1,0167 19,6 0,01972 38,8791,33 1,0226 19,6 0,03356 58,097 3,93 1,0166 19,6 0,01955 38,6221,4 1,0223 19,6 0,03275 57,131 4 1,0165 19,6 0,01939 38,266

1,47 1,0221 19,6 0,032 56,294 4,2 1,0163 19,6 0,01892 37,6221,53 1,0218 19,6 0,0313 55,426 4,4 1,0161 19,6 0,01849 37,0731,6 1,0215 19,6 0,03064 54,459 4,6 1,0159 19,6 0,01808 36,331

1,67 1,0213 19,6 0,03002 53,718 4,8 1,0157 19,6 0,0177 35,748continua a destra

continua sotto

Tempo Dens. Temp. Dimen. Perc. 38

(min) (Kg/m3) (°C) (mm) (%)5 1,0155 19,6 0,01734 35,198 18,4 1,0113 19,5 0,00905 21,663

5,2 1,0153 19,6 0,01701 34,614 19,17 1,0113 19,5 0,00887 21,4095,4 1,0152 19,6 0,01669 34,064 19,93 1,0112 19,5 0,00869 21,1885,6 1,015 19,6 0,01639 33,578 20,7 1,0111 19,5 0,00853 20,9015,8 1,0149 19,6 0,01611 33,221 21,47 1,011 19,5 0,00838 20,7126 1,0149 19,6 0,01584 33,218 22,23 1,011 19,5 0,00823 20,458

6,2 1,0146 19,6 0,01558 32,377 23 1,0109 19,5 0,00809 20,2676,4 1,0146 19,6 0,01533 32,15 23,77 1,0108 19,6 0,00796 20,0456,6 1,0144 19,6 0,0151 31,438 24,53 1,0108 19,6 0,00784 19,8566,8 1,0143 19,6 0,01488 31,209 25,3 1,0107 19,6 0,00771 19,6677 1,0142 19,6 0,01466 30,886 26,07 1,0106 19,6 0,0076 19,476

7,2 1,0141 19,6 0,01446 30,594 26,83 1,0106 19,6 0,00749 19,3177,4 1,014 19,6 0,01426 30,207 27,6 1,0105 19,6 0,00739 19,1267,6 1,0139 19,6 0,01407 29,883 28,37 1,0105 19,6 0,00728 19,0027,8 1,0138 19,6 0,01389 29,623 29,13 1,0104 19,6 0,00719 18,8448 1,0137 19,6 0,01372 29,362 29,9 1,0104 19,6 0,00709 18,685

8,37 1,0135 19,6 0,01342 28,809 30,67 1,0104 19,6 0,00701 18,568,73 1,0133 19,6 0,01313 28,161 32,17 1,0103 19,6 0,00684 18,3099,1 1,0133 19,5 0,01287 27,865 33,67 1,0102 19,6 0,00668 18,058

9,47 1,0132 19,5 0,01262 27,54 35,17 1,0101 19,6 0,00654 17,8069,83 1,013 19,5 0,01238 27,15 36,67 1,01 19,6 0,0064 17,58710,2 1,0129 19,5 0,01215 26,696 38,17 1,01 19,6 0,00628 17,336

10,57 1,0128 19,5 0,01194 26,436 39,67 1,0099 19,6 0,00616 17,14910,93 1,0127 19,5 0,01174 26,142 41,17 1,0098 19,6 0,00604 16,9311,3 1,0126 19,5 0,01155 25,69 42,67 1,0098 19,7 0,00593 16,776

11,67 1,0125 19,5 0,01137 25,559 44,17 1,0097 19,7 0,00583 16,58912,03 1,0125 19,5 0,01119 25,3 45,67 1,0097 19,7 0,00573 16,43412,4 1,0124 19,5 0,01103 24,944 47,17 1,0096 19,7 0,00564 16,248

12,77 1,0123 19,5 0,01087 24,686 48,67 1,0096 19,7 0,00555 16,15913,13 1,0122 19,5 0,01071 24,427 50,17 1,0095 19,7 0,00547 16,03613,5 1,0121 19,5 0,01057 24,201 51,67 1,0095 19,7 0,00539 15,851

13,87 1,012 19,5 0,01043 23,943 53,17 1,0095 19,7 0,00531 15,76114,23 1,012 19,5 0,01029 23,686 54,67 1,0094 19,7 0,00524 15,63914,6 1,0119 19,5 0,01016 23,492 56,17 1,0094 19,7 0,00517 15,547

14,97 1,0118 19,5 0,01004 23,265 57,67 1,0094 19,7 0,0051 15,45815,33 1,0118 19,5 0,00992 23,073 59,17 1,0093 19,7 0,00503 15,36916,1 1,0117 19,5 0,00968 22,688 60,67 1,0093 19,8 0,00497 15,245

16,87 1,0115 19,5 0,00945 22,336 62,17 1,0092 19,8 0,00491 15,09217,63 1,0114 19,5 0,00925 22,016 63,67 1,0092 19,8 0,00485 15,001

continua a destra

continua sotto

Tempo (min)

Dens. (Kg/m3)

Temp. (°C)

Dimen. (mm)

Perc. (%)

39

65,17 1,0092 19,8 0,00479 14,943 128,7 1,0083 19,8 0,00341 12,15966,67 1,0091 19,8 0,00474 14,821 132,7 1,0082 19,8 0,00336 11,74368,17 1,0091 19,8 0,00469 14,764 136,7 1,0082 19,7 0,00331 11,64969,67 1,0091 19,8 0,00464 14,546 140,7 1,0081 19,7 0,00326 11,50171,17 1,009 19,8 0,00459 14,441 144,7 1,0081 19,8 0,00322 11,42472,67 1,009 19,8 0,00454 14,394 148,7 1,0081 19,8 0,00317 11,3874,17 1,009 19,8 0,0045 14,313 152,7 1,0081 19,8 0,00313 11,39775,67 1,0089 19,7 0,00445 14,108 156,7 1,008 19,8 0,00309 11,31777,17 1,0089 19,7 0,00441 14,029 160,7 1,008 19,9 0,00305 11,30378,67 1,0089 19,7 0,00437 13,911 164,7 1,008 19,9 0,00301 11,25780,17 1,0089 19,7 0,00433 13,834 168,7 1,008 19,9 0,00298 11,24181,67 1,0088 19,7 0,00429 13,529 172,7 1,008 19,9 0,00294 11,16183,17 1,0088 19,7 0,00425 13,651 176,7 1,0079 19,9 0,00291 11,08184,67 1,0088 19,7 0,00421 13,491 180,7 1,0078 19,9 0,00287 10,7386,17 1,0087 19,7 0,00418 13,335 184,7 1,0079 19,8 0,00285 10,81587,67 1,0087 19,7 0,00414 13,312 188,7 1,0078 19,8 0,00282 10,36289,17 1,0087 19,7 0,0041 13,222 192,7 1,0078 19,8 0,00279 10,34490,67 1,0087 19,7 0,00407 13,198 196,7 1,0077 19,8 0,00276 10,19892,17 1,0086 19,7 0,00404 13,143 200,7 1,0077 19,8 0,00273 10,24893,67 1,0086 19,7 0,004 13,12 214,7 1,0077 19,9 0,00264 10,27495,17 1,0086 19,7 0,00397 13,062 228,7 1,0072 20 0,00255 8,81696,67 1,0086 19,7 0,00394 13,037 242,7 1,0071 19,8 0,00248 8,41698,17 1,0086 19,7 0,00391 12,98 256,7 1,0071 19,8 0,00241 8,28899,67 1,0086 19,7 0,00388 12,987 270,7 1,0072 19,9 0,00235 8,666

101,17 1,0086 19,8 0,00385 12,93 284,7 1,0072 20 0,00229 8,796102,67 1,0086 19,8 0,00382 12,906 298,7 1,0071 19,9 0,00223 8,383104,17 1,0085 19,8 0,00379 12,883 312,7 1,0071 19,9 0,00219 8,263105,67 1,0085 19,8 0,00376 12,858 326,7 1,007 19,8 0,00214 8,055107,17 1,0085 19,8 0,00374 12,834 340,7 1,007 19,8 0,0021 7,88108,67 1,0085 19,8 0,00371 12,806 354,7 1,0071 19,7 0,00206 8,061110,17 1,0085 19,8 0,00369 12,782 368,7 1,0071 19,7 0,00202 8,055111,67 1,0085 19,8 0,00366 12,725 382,7 1,007 19,6 0,00198 7,829113,17 1,0085 19,8 0,00364 12,732 396,7 1,0071 19,5 0,00195 8,012114,67 1,0085 19,8 0,00361 12,643 410,7 1,0072 19,6 0,00191 8,309116,17 1,0084 19,8 0,00359 12,617 424,7 1,0072 19,7 0,00188 8,507117,67 1,0084 19,9 0,00356 12,594 438,7 1,007 19,8 0,00185 8,031119,17 1,0084 19,9 0,00354 12,569 452,7 1,007 19,8 0,00182 7,997120,67 1,0084 19,9 0,00352 12,509 466,7 1,0069 19,7 0,00179 7,455124,67 1,0084 19,9 0,00346 12,363 480,7 1,0069 19,8 0,00177 7,735

continua a destra

Dalla tabella si può notare che nelle 8 ore di analisi lo strumento effettua 234 misure di

densità con i seguenti intervalli di tempo:

40

- fino ad 1 min. le misure vengono effettuate ogni 2-3 sec.

- da 1 a 4 min. misure ogni 4 sec.

- da 4 a 8 min. misure ogni 12 sec.

- da 8 a 16 min. misure ogni 22 sec.

- da 16 a 31 min misure ogni 46 sec.

- da 31 min. a 2 ore misure ogni 1.5 min.

- da 2 a 4.5 ore misure ogni 4 min.

- da 4.5 a 8 ore misure ogni 14 min.

Utilizzando gli intervalli di diametro precedentemente riportati è possibile, inoltre,

notare il tempo che occorre per arrivare alla determinazione del limite tra le diverse

classi granulometriche:

- il limite sabbia grossa-sabbia fine viene raggiunto dopo 8 sec.

- il limite sabbia-limo dopo 36 sec.

- il limite limo grosso-limo fine dopo circa 3.7 min.

- il limite limo-argilla viene raggiunto dopo 6.1 ore.

Dopo le 6.1 ore tutta la frazione rimasta in sospensione è considerata argilla quindi,

anche se lo strumento continua a misurare le densità, la percentuale di questa è data dal

valore ottenuto al raggiungimento del limite limo-argilla.

Dalla tabella riportata e usando gli intervalli di diametro, sopra menzionati, è possibile

determinare le percentuali delle classi granulometriche componenti il campione di

terreno. Dai dati riportati nella tabella sopra, il campione analizzato è costituito dalle

seguenti percentuali:

Tab. 8- percentuali classi granulometriche ottenute dalla tab.7

classe granulometrica % g/Kgsabbia grossa 7.3 73

sabbia fine 31.4 314limo grosso 32.8 328

limo fine 20.7 207argilla 7.8 78

41

Fig. 7- Curva granulometrica e risultati espressi in g/Kg delle frazioni granulometriche che compongono il campione di terreno

42

La curva granulometrica ed i g/Kg delle classi granulometriche sono i risultati che il

GSA stampa a fine analisi.

Come si può notare i risultati mostrati nella curva coincidono con quelli determinati

attraverso la tabella dei parametri misurati dallo strumento.

Nella parte che segue vengono raggruppati in tabelle i dati ottenuti dopo la

determinazione della tessitura di campioni setacciati a diametri sempre inferiori.

Per poter effettuare l’analisi statistica sulle serie di dati occorre determinare se vi sono

presenti dati anomali e scartarli. A tale scopo vengono usati test come quello di Dixon,

per singoli dati, o il test di Grubbs per le coppie di dati anomali.

Per individuare gli outliers le serie di dati vengono disposte in ordine crescente e per il

test di Dixon viene calcolato il valore Q sperimentale il quale se risulta superiore al

valore Q critico (tabulato) il dato anomalo deve essere scartato con il livello di

confidenza desiderato (nelle mie prove ho scelto un livello di confidenza del 95%). Per

il calcolo del Q sperimentale si applica la seguente formula:

Dove xn è il dato sospetto; xn-1 è il dato vicino al dato sospetto ed R è il range (xmax – xmin).I test per l’individuazione degli outliers e le analisi statistiche vengono effettuati per

ogni classe granulometrica separatamente.

Per valutare la precisione del metodo viene calcolato il coefficiente di variazione (CV)

o deviazione standard relativa percentuale (RSD%) con la seguente formula:

sCV = RDS% = × 100

X

Dove: s è la deviazione standard e X è il valore medio.

Questo valore permette di valutare la dispersione dei valori di una serie di dati intorno

al valore medio. È quindi chiaro che ad un valore piccolo di CV corrisponde poca

dispersione dei dati attorno ad un valore medio e quindi un’elevata precisione o se

vogliamo una bassa imprecisione.

43

3.3.1. Risultati analisi granulometrica della frazione setacciata a 2 mm

Sabbia grossa (g/Kg)

Sabbia fine (g/Kg)

Limo grosso (g/Kg)

Limo fine (g/Kg)

Argilla (g/Kg)

Prova n°: 1 83 238 312 280 872 109 224 323 281 633 87 242 331 273 674 74 220 309 287 1115 92 214 315 291 886 71 225 326 290 887 44 283 326 269 788 43 279 329 288 619 57 266 327 280 70

10 31 250 316 294 10811 44 242 321 300 9212 40 249 316 301 9413 37 268 310 292 9314 36 272 314 297 8115 38 280 310 290 8216 60 233 307 289 11017 61 243 312 293 9118 49 255 310 296 9019 52 263 317 300 6820 52 262 326 296 65

Sabbia grossa (g/Kg)

31 5236 5737 6038 6140 7143 7444 8344 8749 9252 109

44

Statistica descrittiva per sabbia grossa Media 58Errore standard 4,814998497Mediana 52Moda 44Deviazione standard 21,5333279Varianza campionaria 463,6842105Curtosi 0,040920005Asimmetria 0,906934721Intervallo 78Minimo 31Massimo 109Somma 1160Conteggio 20Più grande(1) 109Più piccolo(1) 31Livello di confidenza(95,0%) 10,07790765

In seguito all’applicazione

dei test sugli outlier in

nessuna delle classi

sopra indicate erano presenti dati anomali.

Tab. 9- Deviazione standard relativa percentuale riguardante la frazione di terreno setacciato a 2 mm

classe granulometrica dev. standard (g/Kg) valore medio (g/Kg) RDS%sabbia grossa 22 58 37.9

sabbia fine 20 250 8.0limo grosso 8 318 2.5

limo fine 9 289 3.1argilla 15 85 17.6

Come si può notare dalla tabella le frazioni di sabbia grossa e argilla presentano alti

valori di coefficiente di variazione quindi, almeno per quanto riguarda queste due

45

Sabbia fine (g/Kg)

214 250220 255224 262225 263233 266238 268242 272242 279243 280249 283

Statistica descrittiva per sabbia fine Media 250,4Errore standard 4,683903006Mediana 249,5Moda 242Deviazione standard 20,94705104Varianza campionaria 438,7789474Curtosi -1,054292252Asimmetria -0,082201342Intervallo 69Minimo 214Massimo 283Somma 5008Conteggio 20Più grande(1) 283Più piccolo(1) 214Livello di confidenza(95,0%) 9,803521638

Limo grosso(g/Kg)

307 316309 317310 321310 323310 326312 326312 326314 327315 329316 331

Statistica descrittiva limo grosso Media 317,85Errore standard 1,69872243Mediana 316Moda 326Deviazione standard 7,596917657Varianza campionaria 57,71315789Curtosi -1,360794023Asimmetria 0,307110101Intervallo 24Minimo 307Massimo 331Somma 6357Conteggio 20Più grande(1) 331Più piccolo(1) 307Livello di confidenza(95,0%) 3,5554669

Statistica descrittiva per argilla Media 84,35Errore standard 3,429957035Mediana 87,5Moda 88Deviazione standard 15,33923418Varianza campionaria 235,2921053Curtosi -0,76943032Asimmetria 0,146669739Intervallo 50Minimo 61Massimo 111Somma 1687Conteggio 20Più grande(1) 111Più piccolo(1) 61Livello di confidenza(95,0%) 7,178982565

Statistica descrittiva per limo fine Media 289,35Errore standard 1,979201062Mediana 290,5Moda 280Deviazione standard 8,85125623Varianza campionaria 78,34473684Curtosi 0,172000891Asimmetria -0,828541786Intervallo 32Minimo 269Massimo 301Somma 5787Conteggio 20Più grande(1) 301Più piccolo(1) 269Livello di confidenza(95,0%) 4,142515421

Limo fine(g/Kg)

269 291273 292280 293280 294281 296287 296288 297289 300290 300290 301

Argilla (g/Kg)

61 8863 8865 9067 9168 9270 9378 9481 10882 11087 111

classi granulometriche, le serie di dati presentano una grande imprecisione e quindi,

per la frazione setacciata a 2 mm, il campione non può essere considerato omogeneo.

3.3.2. Risultati analisi granulometrica della frazione setacciata a 1 mm

Sabbia grossa (g/Kg)

Sabbia fine (g/Kg)

Limo grosso (g/Kg)

Limo fine (g/Kg)

Argilla (g/Kg)

Prova n°:1 38 239 329 305 912 58 245 327 302 673 61 242 326 297 744 13 234 326 313 1145 40 243 316 313 896 61 244 310 299 857 35 259 331 285 898 41 258 329 300 719 35 244 337 310 75

46

10 30 246 317 299 10811 44 236 319 305 9612 27 239 324 320 8913 65 232 326 291 8814 93 217 329 295 6615 79 198 320 303 10016 86 200 320 305 8917 90 204 315 301 90

47

Statistica descrittiva per sabbia grossa Media 52,70588235Errore standard 5,78459205Mediana 44Moda 61Deviazione standard 23,85048403Varianza campionaria 568,8455882Curtosi -0,901133135Asimmetria 0,342691009Intervallo 80Minimo 13Massimo 93Somma 896Conteggio 17Più grande(1) 93Più piccolo(1) 13Livello di confidenza(95,0%) 12,26278726

Sabbia grossa(g/Kg)

13 5827 6130 6135 6535 7938 8640 9041 9344

Sabbia fine(g/Kg)

198 242200 243204 244217 244232 245234 246236 258239 259239

Statistica descrittiva per limo grosso Media 323,5882353Errore standard 1,669490111Mediana 326Moda 329Deviazione standard 6,88348407Varianza campionaria 47,38235294Curtosi -0,262290329Asimmetria -0,147096846Intervallo 27Minimo 310Massimo 337Somma 5501Conteggio 17Più grande(1) 337Più piccolo(1) 310Livello di confidenza(95,0%) 3,539160911

Statistica descrittiva per sabbia fine Media 234,1176471Errore standard 4,500720819Mediana 239Moda 239Deviazione standard 18,55694733Varianza campionaria 344,3602941Curtosi -0,018266961Asimmetria -0,929092039Intervallo 61Minimo 198Massimo 259Somma 3980Conteggio 17Più grande(1) 259Più piccolo(1) 198Livello di confidenza(95,0%) 9,541101851

Limo grosso(g/Kg)

310 326315 326316 327317 329319 329320 329320 331324 337326

Limo fine (g/Kg)

285 303291 305295 305297 305299 310299 313300 313301 320302

Statistica descrittiva per limo fine Media 302,5294118Errore standard 2,065325866Mediana 302Moda 305Deviazione standard 8,515556698Varianza campionaria 72,51470588Curtosi 0,447909002Asimmetria 0,053655364Intervallo 35Minimo 285Massimo 320Somma 5143Conteggio 17Più grande(1) 320Più piccolo(1) 285Livello di confidenza(95,0%) 4,37829522

Statistica descrittiva per argilla Media 87,11764706Errore standard 3,251563372Mediana 89Moda 89Deviazione standard 13,40653923Varianza campionaria 179,7352941Curtosi -0,195643393Asimmetria 0,167233508Intervallo 48Minimo 66Massimo 114Somma 1481Conteggio 17Più grande(1) 114Più piccolo(1) 66Livello di confidenza(95,0%) 6,893006377

Argilla (g/Kg)

66 8967 8971 9074 9175 9685 10088 10889 11489

In nessuna delle serie di dati sopra riportati sono presenti valori outliers.

Come è stato fatto per la frazione setacciata a 2 mm anche per quella setacciata a 1

mm viene determinata la deviazione standard relativa percentuale per ogni classe

granulometrica per verificare se la diminuzione di diametro della frazione analizzata

ha permesso di ottenere risultati affetti da minor errore.

Tab. 10- Deviazione standard relativa percentuale riguardante la frazione di terreno setacciato a 1 mm

classe granulometrica dev. standard (g/Kg) valore medio (g/Kg) RDS%sabbia grossa 24 53 45.3

sabbia fine 19 234 8.1limo grosso 7 324 2.2

limo fine 9 302 3.0argilla 13 87 14.9

Dopo setacciatura a 1 mm le deviazioni standard percentuali sono ancora elevata per

sabbia grossa e argilla e non risultano significativamente diversi dalla frazione

setacciata a 2 mm.

48

3.3.3. Risultati analisi granulometrica della frazione setacciata a 0.5 mm

Sabbia grossa (g/Kg)

Sabbia fine (g/Kg)

Limo grosso (g/Kg)

Limo fine (g/Kg)

Argilla (g/Kg)

Prova n°: 1 43 251 335 290 812 33 260 334 317 563 56 248 334 311 514 69 211 327 290 1045 64 212 334 302 886 87 211 331 293 797 66 220 323 289 1028 75 213 336 310 669 96 225 326 294 59

10 55 206 326 293 11911 67 208 337 299 9012 78 223 325 294 8013 52 222 344 280 10214 57 227 349 299 6815 80 240 335 291 5416 52 207 334 292 11617 75 222 330 297 7718 52 199 343 319 8719 104 214 331 307 4420 68 201 323 296 11221 83 213 326 308 7022 48 214 328 316 9423 78 196 329 318 7924 29 212 343 306 11125 73 207 328 314 7826 99 235 326 300 4027 52 247 327 308 6528 84 207 340 301 68

49

Nella frazione setacciata a 0.5 mm, in seguito ai test di Dixon e Grubbs sono stati individuati 2 outliers e quindi sono stati scartati 2 campioni sui 30 totali.

50

Statistica descrittiva per sabbia grossa Media 66,96428571Errore standard 3,558090172Mediana 67,5Moda 52Deviazione standard 18,82764347Varianza campionaria 354,4801587Curtosi -0,36819706Asimmetria -0,002949537Intervallo 75Minimo 29Massimo 104Somma 1875Conteggio 28Più grande(1) 104Più piccolo(1) 29Livello di confidenza(95,0%) 7,300597911

Sabbia fine

(g/Kg)196 214199 214201 220206 222207 222207 223207 225208 227211 235211 240212 247212 248213 251213 260

Statistica descrittiva per sabbia fine Media 219,6785714Errore standard 3,143841537Mediana 213,5Moda 207Deviazione standard 16,63564573Varianza campionaria 276,744709Curtosi 0,145409745Asimmetria 0,952234219Intervallo 64Minimo 196Massimo 260Somma 6151Conteggio 28Più grande(1) 260Più piccolo(1) 196Livello di confidenza(95,0%) 6,45062993

Sabbia grossa (g/Kg)

29 6833 6943 7348 7552 7552 7852 7852 8055 8356 8457 8764 9666 9967 104

Limo grosso (g/Kg)

323 331323 334325 334326 334326 334326 335326 335327 336327 337328 340328 343329 343330 344331 349

Statistica descrittiva per limo grosso Media 332,2857143Errore standard 1,292895875Mediana 331Moda 326Deviazione standard 6,841361912Varianza campionaria 46,8042328Curtosi -0,113754975Asimmetria 0,738187752Intervallo 26Minimo 323Massimo 349Somma 9304Conteggio 28Più grande(1) 349Più piccolo(1) 323Livello di confidenza(95,0%) 2,65280318

Statistica descrittiva per limo fine Media 301,2142857Errore standard 1,954073985Mediana 299,5Moda 290Deviazione standard 10,33998762Varianza campionaria 106,9153439Curtosi -0,825821267Asimmetria 0,144966812Intervallo 39Minimo 280Massimo 319Somma 8434Conteggio 28Più grande(1) 319Più piccolo(1) 280Livello di confidenza(95,0%) 4,009428588

Limo fine

(g/Kg) 280 300289 301290 302290 306291 307292 308293 308293 310294 311294 314296 316297 317299 318299 319

Argilla(g/Kg)

40 7944 8051 8154 8756 8859 9065 9466 10268 10268 10470 11177 11278 11679 119

Statistica descrittiva per argilla Media 80Errore standard 4,148372537Mediana 79Moda 68Deviazione standard 21,95112416Varianza campionaria 481,8518519Curtosi -0,795747593Asimmetria 0,08271953Intervallo 79Minimo 40Massimo 119Somma 2240Conteggio 28Più grande(1) 119Più piccolo(1) 40Livello di confidenza(95,0%) 8,511757268

Di seguito viene determinata la deviazione standard relativa percentuale per ogni

classe granulometrica per verificare la precisione del metodo.

Tab. 11- Deviazione standard relativa percentuale riguardante la frazione di terreno setacciato a 0.5 mm

classe granulometrica dev. standard (g/Kg) valore medio (g/Kg) RDS%sabbia grossa 19 67 28.4

sabbia fine 17 220 7.7limo grosso 7 332 2.1

limo fine 10 301 3.3argilla 22 80 27.5

Osservando gli elevati valori di deviazione standard percentuale nelle classi sabbia

grossa e argilla, il campione di terreno, setacciato a 0.5 mm, non può essere

considerato omogeneo almeno per quanto riguarda le due classi indicate.

Sono state poi valutate le deviazioni standard percentuali, per ogni classe

granulometrica, dei dati ottenuti in seguito alle analisi della tessitura effettuate sulle

frazioni setacciate a diversi diametri per stabilire se la diminuzione del diametro della

frazione setacciata influenzi l’omogeneità del campione analizzato con il GSA.

Nella tabella sottostante vengono confrontate le deviazioni standard relative

percentuali per ogni classe granulometrica riferita alle frazioni setacciate a 2, 1 e 0.5

mm.

Sabbia grossa

(RDS%)Sabbia fine

(RDS%)Limo grosso

(RDS%)Limo fine (RDS%)

Argilla (RDS%)

Diametro frazione setacciata 2 mm 37.1 8.4 2.4 3.1 18.21 mm 45.2 7.9 2.1 2.8 15.4

0.5 mm 28.1 7.6 2.1 3.4 27.4Tab. 12- confronto tra le dev. standard percentuali per le classi granulometriche ottenute da frazioni di terreno setacciate a diversi diametri

Come si può osservare dalla tabella le classi sabbia fine, limo grosso e limo fine

presentano deviazioni standard percentuali relativamente basse se confrontate con le

altre due classi granulometriche.

La classe sabbia grossa mostra un elevatissima imprecisione per tutte le frazioni

considerate e questo potrebbe essere dovuto alla difficoltà di questa misura in quanto 51

la frazione più pesante precipita nei primi secondi di analisi. La causa più probabile di

questo errore, però è imputabile all’impossibilità di inserire contemporaneamente i

pescanti delle bilance idrostatiche (per la misura della densità della sospensione di

terreno in acqua) nei cilindri delle tre postazioni di analisi e questo può determinare

una alterazione nelle misurazioni di questa classe granulometrica nei tre campioni

analizzati in contemporanea.

L’imprecisione riscontrata nelle misura della classe argilla invece potrebbe essere

dovuta al tipo di terreno usato per le analisi. Questo infatti contiene un’elevata

percentuale di limo (circa il 64%) il quale può formare colloidi con l’argilla sottraendo

questa alla sospensione e quindi alterando il rilevamento di quest’ultima.

Dalla tabella sopra riportata si evince, quindi, che le incertezze delle analisi

granulometriche effettuate non sono significativamente diverse per le tre frazioni di

terreno di diametro sempre inferiore.

4. Elaborazione dati sostanza organica

Poiché i risultati delle analisi della tessitura non sembrano utili per valutare

l’omogeneità del campione di terreno, nell’ultima parte della mia tesi si è provato a

vedere se la percentuale di sostanza organica nelle diverse frazioni granulometriche

potesse essere un parametro utile a tale scopo. Le prime prove sono state per ora

condotte solo sulla frazione di terreno setacciata a 0.5 mm.

La sostanza organica viene determinata per ossidazione del carbonio organico con

dicromato di potassio e successiva titolazione del dicromato non reagito con ferro

ammonio solfato. La titolazione viene eseguita con l’utilizzo di un titolatore

automatico ed il software collegato a questo fornisce come risultato la percentuale di

sostanza organica presente nel campione.

Sulle 18 ripetizioni effettuate sono stati riscontrati 2 outliers che sono stati eliminati

dalla serie. In seguito è stata effettuata l’analisi statistica sulla serie di dati.

52

Tab. 13- percentuale sostanza organica nel campione setacciato a 0.5 mm

Con i dati ottenuti dalla statistica descrittiva viene calcolata la deviazione standard percentuale :

CV = RDS% = ( s / X ) × 100 = 5.9%

Questo risultato indica che il parametro sostanza organica nella frazione di terreno

testata (0.5 mm), che è anche quella visivamente più omogenea anche perché più fine,

ha un’incertezza accettabile (RSD =5.9%). Si dovrà ora valutare questo parametro

anche nelle altre frazioni granulometriche per capire se questo possa esser un

parametro utile a valutare l’omogeneità di un campione di terreno.

53

Statistica descrittiva per sost. organica Media 1,88625Errore standard 0,027716947Mediana 1,895Moda 1,86Deviazione standard 0,110867789Varianza campionaria 0,012291667Curtosi 0,260718897Asimmetria -0,483780204Intervallo 0,4Minimo 1,66Massimo 2,06Somma 30,18Conteggio 16Più grande(1) 2,06Più piccolo(1) 1,66Livello di confidenza(95,0%) 0,059077274

Sostanza organica ( % )Prova n°:

1 1.662 1.953 2.064 2.055 1.946 2.007 1.888 1.919 1.69

10 1.8611 1.9212 1.8013 1.8614 1.8115 1.8716 1.92

Conclusioni

Lo scopo della mia tesi era quello di determinare un metodo per la preparazione di un

campione omogeneo di terreno da usare come riferimento in analisi granulometriche

della tessitura.

A questo scopo, nelle analisi granulometriche da me svolte sono state considerate due

variabili: il tempo di analisi ed il diametro della frazione di terreno sottoposta ad

analisi granulometrica.

Per quanto riguarda il tempo di analisi della tessitura con il GSA, nessuna significativa

variazione nei risultati si è ottenuta passando da 8, a 12 e a 20 ore e quindi può essere

considerato irrilevante ai fini della preparazione di un campione omogeneo per analisi

granulometrica.

Per verificare se la diminuzione del diametro della frazione di terreno (setacciato a 2, 1

e 0.5 mm), usato per le analisi granulometriche, influisce sull’omogeneità del

campione vengono confrontati i coefficienti di variazione (CV) di ogni classe

granulometrica per le tre frazioni di terreno indicate. Da questo confronto risulta che i

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dati ottenuti non sono significativamente diversi per le tre frazioni di terreno di

diametro sempre inferiore.

I risultati dell’analisi granulometrica hanno evidenziato una disomogeneità nei

campioni prelevati.

Si è provato a valutare anche la percentuale di sostanza organica presente, al momento

valutata solo nella frazione setacciata a 0.5 mm. La deviazione standard relativa

percentuale trovata è abbastanza soddisfacente (5.9%) e quindi varrà la pena verificare

questo parametro anche nelle altre frazioni granulometriche.

In futuro:

Indagini ulteriori, sempre con l’analisi granulometrica, saranno fatte su campioni

preparati con un terreno che presenti percentuali delle classi granulometriche più

equilibrate.

Sarà importante anche setacciare il terreno a diametri inferiori a quello raggiunto ora

(0.5 mm).

55

Bibliografia

1. Keeney P.R. e Wilburn R.E.

“Chemical proprety of soils” (1979)

2. Prof. Ing. Mario Fugazza

Appunti delle lezioni (2010)

“Il terreno caratteristiche e proprietà” (cap. 2 e 3)

3. Paolo Giandon e Paolo Bortolami

“L’interpretazione delle analisi del terreno – Strumento per la sostenibilità

ambientale” (Cap.4)

ARPAV (Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale del

Veneto)

Ristampa dell’edizione edita da ESAV del 1990

4. Prof. Andrea Sidoli

56

“Proprietà fisico meccaniche del suolo”

http://profsidoliandrea.altervista.org/Documenti/download%20lezioni/download

%20terze/proprieta %20fisico%20chiche%20del%20suolo.pdf

5. Proprietà chimiche del terrenohttp://it.wikipedia.org/wiki/Propriet%C3%A0_chimiche_del_terreno

6. DM 13/09/1999

“Metodi ufficiali di analisi chimica dei suoli”

Pubblicato su Gazz. Uff. Ordin. N°248 del 21/10/1999

7. Luciano Tombesi

“Elementi di scienza del suolo e di biologia vegetale”

Edizione Edagricole

8. E. Sacchi, S. Brenna, M. Setti, M. Leoni, F. Garzetti & D. Dallera

Atti Ticinesi di scienze della terra

Volume 45 Serie Normale

Edizione New Como-Press

57

Allegato 1-Analisi granulometrica effettuata dal laboratorio di Geologia

Applicata e di Geotecnica-

58

59

60

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Allegato 2-Metodi ufficiali di analisi chimica dei suoli-

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Metodo III.1 DETERMINAZIONE DEL GRADO DI REAZIONE (pH)

1. PrincipioIl pH è determinato per via potenziometrica, dopo taratura del sistema di misura, su sospensioni di:suolo-acquai valori ottenuti non rispecchiano fedelmente il valore dei pH in campo, ma sono indicativi del grado di reazione del sistema;suolo-soluzione di sali neutri (KCl o CaCI2)i valori ottenuti sono maggiormente correlati al grado di saturazione e alla natura del complesso di scambio;suolo-soluzione di NaFi valori ottenuti servono per caratterizzare gli andisuoli.

2. Reagenti- Soluzioni tampone del commercio pronte all’uso (pH = 4,7, 10)- Soluzione (1 mole x L) di potassio cloruroSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 74,6 g di potassio cloruro (KCl). Portare a volume con H2O.- Soluzione (0,01 moli x L-1) di calcio cloruroSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 1,11 g di calcio cloruro (CaCl2) (o 1,47 g di CaCl2 x 2H2O)Portare a volume con H2O.Il valore della conduttività elettrica deve essere compreso tra 2,24 e 2,40 dS x M _i a 25°C.- Soluzione (0,1 moli x L-1) di acido fluoridricoAggiungere a 800 mL di H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 3,6 mL di acido fluoridrico (HF)[50% (_ = 1,155)].Portare a volume con H2O.Conservare la soluzione in una bottiglia di materiale plastico.- Soluzione (1 mole x L-1) di sodio fluoruroSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 45 g di sodio fluoruro (NaF).Portare a volume con H2O.Trasferire in una bottiglia di materiale plastico e lasciare a riposo per due giorni, agitando occasionalmente.Trasferire 50 mL del decantato m un bicchiere di materiale plastico.Il pH della soluzione dovrebbe essere compreso tra 7,2 e 8, 1.Se il valore di pH dovesse risultare più elevato, correggerlo con l'aggiunta di qualche goccia della soluzione 0,1 molix L-1 di HF.

3. ApparecchiatureAttrezzatura da laboratorio di uso comune.In particolare:- pH-metro con compensazione della temperatura, elettrodo di vetro con elettrodo di riferimento o elettrodi combinati;- agitatore magnetico a velocità regolabile;- bicchieri in materiale plastico;- bacchette per agitazione in PVC.

63

4. Procedimento4.1. Taratura del sistema di misuraTarare il sistema di misura facendo uso di una soluzione tampone e-(1) riferimento avente pH vicino a quello delcampione. Controllare la linearità dei sistema, facendo uso di almeno un'altra soluzione tampone di riferimento a pHdiverso.4.2. Misura del PH (in H2O e in soluzione di KCl o CaCl2)Trasferire 10 g del campione di terra fine in un bicchiere da 50 mL Aggiungere 25 mL di H2O o di ciascuna dellesoluzione saline. Agitare per almeno due ore. Lasciare sedimentare la sospensione per alcuni minuti. Introdurre ilsistema elettrodico nel surnatante e rilevare il valore di pH.4.3. Misura del pH in soluzione di NaFTrasferire 1 g del campione di terra fine in un bicchiere di materiale plastico da 100 mL.Aggiungere 50 mL della soluzione (1 mole x L-1) di NaF. Agitare la sospensione per 60 secondi con bacchetta diPVC. Introdurre il sistema elettrodico nel surnatante. Agitare ancora per 30 secondi. Esattamente dopo altri 30secondi leggere il valore di pH.

5. Espressione dei risultatiIl grado di reazione viene espresso come unità di pH, con una cifra decimale.

6. NoteLa misura del valore di pH in soluzione di CaCl2 è, con molta probabilità, il metodo più usato per definire il grado direazione del suolo.Infatti, come riportato da Peech (1965), da Conyers e Davey (1988) e da Davey a Conyers (1988), in presenza di calciocloruro, il valore di pH:- non risulta influenzato, entro certi limiti, dal rapporto suolo: soluzione;- è praticamente indipendente da limitata concentrazione di sali solubili;- corrisponde con buona approssimazione al grado di reazione accertato in pieno campo per i suoli coltivati;- non risente degli errori dovuti al potenziale di giunzione liquida, tenuto conto che la sospensione resta flocculata;- è praticamente coincidente per i campioni umidi e secchi all'aria;- non varia anche dopo prolungata conservazione del campione secco all'aria.Non conservare le soluzioni tampone per tempi lunghi.Pulire e rigenerare regolarmente e con accuratezza gli elettrodi.

7. BibliografiaConyers, M. K. e Davey, B.G. 1988. Observations on some routine methods for soil pH determination. Soil Sci. 145 : 29- 36.Davey, B.G. e Conyers, M.K. 1988. Determining the pH of acid soils. Soil Sci. 146: 141 - 150.Peech, M. 1965. Hydrogen-ion activity. In: Methods of Soil Analysis. 2nd part. (C.A. Black, Ed.) Agron. Monogr. no 9.ASA and SSSA, Madison, WL p. 914 - 926.

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Metodo V.1 - DETERMINAZIONE DEL "CALCARE TOTALE"

1. PrincipioDeterminazione gas-volumetrica della CO2 che si svolge trattando un campione di terra fine con acido cloridrico.

2. Reagenti- Soluzione diluita (1:1 v/v) di acido cloridrico (HCl)Aggiungere con cautela, in matraccio tarato da 1000 mL, contenente circa 450 mL di H2O, 500 mL di acido cloridrico (HCl) [37% (_ = 1,186)]. Mescolare e, dopo raffreddamento, portare a volume con H2O.

3. ApparecchiaturaAttrezzatura da laboratorio dì uso comune.In particolare:- calcimetro di Dietrich-Frühling, contenente acqua satura di CO2 leggermente colorata per comodità di lettura, o apparecchiatura equivalente;- termometro per la misura della temperatura ambientale;- barometro.

4. ProcedimentoTrasferire nel contenitore "A" del calcimetro le seguenti quantità dei campione di terra fine, secco all'aria e setacciato a 0.5 mm:- 5 g, per suoli con contenuto di carbonati inferiore a 50 g x kg-1;- 1 g, per suoli con contenuto di carbonati compreso tra 50 e 80 g x kg-1;- 0.5 g, per suoli con contenuto di carbonati superiore a 80 g x kg-1.Inserire nel contenitore "A" del calcimetro, insieme alla prevista quantità di campione, una provetta di plastica contenente 10 mL della soluzione diluita di HCl. Collegare il contenitore "A" al calcimetro mediante apposito tappo dì chiusura.Azzerare l'apparecchiatura eguagliando la pressione interna a quella esterna mediante il rubinetto "C".Chiudere il rubinetto "C" e far sviluppare la CO2 inclinando il contenitore "A" in modo che l'HCl, fuoriuscendo dalla provetta di plastica, venga a contatto con il campione. La CO2 che si sviluppa farà abbassare il livello dell'acqua nel tubo graduato "B". Provocare una leggera depressione abbassando il tubo di livello "D".Continuare ad agitare il contenitore "A" fino a completo sviluppo della CO2 (indicativamente 1-3 minuti). Eguagliare la pressione interna a quella esterna portando l'acqua contenuta in "D" allo stesso livello di quella contenuta in "B".Attendere qualche minuto fino a stabilizzazione dei menischi di livello ed eseguire la lettura del volume di CO2 che si è sviluppata.

5. Standardizzazione del volume del gas svoltoTenendo conto della temperatura e della pressione atmosferica alle quali è stata eseguita l'analisi, standardizzare il volume di CO2 sviluppatasi alla temperatura di 0°C e alla pressione di 760 mm di Hg (101,325 kPa), mediante l'espressione:

Vt(Pt - _) 273V0 = 760 (273 + t)

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Dove:V0 = volume della CO2 svolta, corretto a 0°C e alla pressione atmosferica di 101,325 kPa,

espresso in millilitriVt = volume della CO2 svolta alla temperatura e alla pressione atmosferica alle quali è stata

eseguita l'analisi, espresso in mLPt = pressione atmosferica, espressa in mm di Hg, alla quale è stata eseguita l'analisit = temperatura, espressa in °C, alla quale è stata eseguita l'analisi_ = tensione di vapore dell'acqua alla temperatura t, espressa in mm di Hg.

6. Espressione dei risultatiIl contenuto di "calcare totale" è espresso in g x kg-1 senza cifre decimali. Per il calcolo viene utilizzata l'espressione:

V0 x 0,0044655 x 1000 C = M

Dove:C = contenuto di "calcare totale", espresso in g x kg-1V0 = volume della CO2 sviluppatasi, corretto a 0°C e alla pressione atmosferica di 101.325

kPa, espresso in millilitri0,0044655 = equivalente gas-volumetricoM = massa del campione di tetra fine utilizzato per l'analisi, espressa in grammi.

7. NoteDisponendo di carbonato di calcio puro è possibile costruire una curva di calibrazione con 3 o 4 standard impiegando per esempio da 0,1 a 0,5 g di carbonato esattamente pesato. Seguendo la procedura indicata per il campione di suolo si ottengono le coppie di valori: quantità di carbonato (g) e CO2 svolta (mL) utili per il calcolo della relazione. Tale relazione non richiede la standardizzazione di cui al paragrafo 5. Non è quindi necessario tener conto della temperatura, della pressione atmosferica e delle caratteristiche costruttive del calcimetro del momento in cui viene condotta la determinazione.La dolomite ha una solubilità circa 100 volte inferiore alla calcite, quindi nel caso in cui il campione di suolo la contenga, anche dopo 30 minuti dall'addizione di HCl si ha ancora produzione di CO2. Una stima del contenuto di calcite e di quello di dolomite può essere ottenuta misurando la CO2 svolta dopo 1-2 minuti (calcite) e dopo 1-2 ore (calcite + dolomite) di reazione con HCl. Per una analisi quantitativa dai dati di CO2 è comunque necessario fare riferimento a qualche campione di suolo a contenuto noto di calcite e dolomite.

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Metodo V.2 - DETERMINAZIONE DEL CALCIO CARBONATO ATTIVO

1. PrincipioCon il nome di calcare attivo si indica il calcio carbonato presente nel suolo che, per natura chimica, cristallinità e grado di suddivisione, risulta caratterizzato da elevata reattività. Per convenzione, il contenuto di calcare attivo viene determinato facendo reagire a freddo un campione di terra fine con un eccesso di soluzione di ammonio ossalato. La quantità di ammonio ossalato che non ha reagito viene valutata per titolazione con soluzione di potassio permanganato.

2. Reagenti- Soluzione (0,1 moli x L-1) di ammonio ossalatoSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 14,212 g di ammonio ossalato [(NH4)2C2O4 x H2O]. Portare a volume con H2O.- Soluzione (0,02 moli - L-1) di potassio permanganatoSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 3,161 g di potassio permanganato (KMnO4).Portare a volume con H2O.- Soluzione diluita (1: 10 v/v) di acido solforicoAggiungere con cautela, in matraccio tarato da 1000 mL contenente circa 800 mL di H2O, 100 mL di acido solforico (H2SO4) [96% (_ = 1,835)]. Mescolare e, dopo raffreddamento, portare a volume con H2O.- Soluzione satura (100 g x L-1) di ammonio cloruro (NH4Cl)- Soluzione (100 g x L-1) di alluminio solfato [Al2(SO4)3 x 18 H2O]- Soluzione di ammonio idrossido (NH4OH) [30% (_ = 0.892)]

3. ApparecchiaturaAttrezzatura da laboratorio di uso comune.In particolare:- agitatore rotante a 40 giri x minuto-1 o agitatore oscillante a 120_140 cicli minuto-1;- agitatore magnetico munito di piastra riscaldante (70-80°C);- centrifuga a 3000 giri x minuto-1

4. ProcedimentoTrasferire 10 g del campione di terra fine in un matraccio tarato da 250 mL. Portare a volume con la soluzione di ammonio ossalato. Tenere in agitazione per 2 ore. Filtrare la sospensione.Il filtrato si può presentare incolore o, nel caso di suoli ad elevato contenuto di humus, bruno per la presenza di sostanza organica.Prelevare 10 mL del filtrato incolore in matraccio conico di Erlenmeyer da 250 mL. Aggiungere 10_15 mL della soluzione di acido solforico e 60_70 mL di H2O. Titolare a caldo (70_80°C) con la soluzione di KMnO4 fino a colorazione rosa persistente.Preparare la prova in bianco seguendo le stesse modalità operative.Qualora il filtrato risultasse colorato in bruno per presenza di sostanza organica, prelevarne 10 mL in un tubo da centrifuga, addizionare 2 mL della soluzione di ammonio cloruro, 1 mL della soluzione di alluminio solfato e, dopo agitazione, 2 mL di ammonio idrossido.Centrifugare per 5 minuti a 3000 giri x minuto-1. Raccogliere il surnatante e lavare ancora il residuo 3 volte con la soluzione di ammonio idrossido previamente diluita 1: 100. Riscaldare i decantati riuniti in matraccio conico di Erlenmeyer da 250 mL e titolare come descritto in precedenza.

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5. Espressione dei risultatiIl contenuto di calcare attivo (CaCO3) viene espresso in g x kg-1, senza cifre decimali. Per il calcolo viene utilizzata l'espressione :C = (A - B) x M x 0,25 x (V1/V2) (1000/M)

Dove:C = contenuto di calcare attivo, espresso in g x kg-1A = volume della soluzione di KMnO4 utilizzato per la titolazione della prova in bianco, espresso in millilitriB = volume della soluzione di KMnO4 utilizzati per la titolazione della prova con il suolo, espresso in millilitriM = molarità della soluzione di KMnO40,25 = g di CaCO3 corrispondenti ad 1 mL della soluzione di KMnO4 (0,02 moli x L-1)V1 = volume iniziale della soluzione di ammonio ossalatoV2 = volume della soluzione del campione utilizzato per la titolazione con KMnO4M = massa del campione di terra fine utilizzato per l'analisi, espressa in grammi.

6. NoteTenuto conto che la soluzione di ossalato reagisce anche con gli ioni Ca2+ in soluzione o presenti in posizione di scambio, il metodo dovrebbe essere utilizzato, più precisamente, per la determinazione del contenuto di calcio attivo. In ogni caso, la riproducibilità dei risultati dipende dal pretrattamento del campione e dalle modalità e dal tempo di estrazione. Se si accerta contenuto di CaCO3 attivo superiore a 150 g x kg-1, l'analisi deve essere ripetuta utilizzando una minore quantità di campione o un maggiore volume di soluzione di ammonio ossalato. Associato alla presenza di carbonato di calcio, particolarmente in alcune piante da frutto, nella vite e in molte piante ornamentali, si accerta frequentemente il fenomeno della carenza di ferro, definito clorosi da calcare o, meglio, clorosi ferrica. Questo tipo di clorosi, che rappresenta manifestazione evidente dei disordini nutrizionali dei vegetali, è legata al contenuto di ioni bicarbonato nel suolo ed è quindi essenzialmente di natura pedologica. Il contenuto di carbonato di calcio totale non risulta sufficiente per valutare il potere clorosante del suolo. Indicazioni più appropriate possono essere fornite dalla determinazione del contenuto di calcare attivo. (Drouineau, 1942; Gehu-Frank, 1959) e dall'indice del potere clorosante (Juste e Pouget, 1972). L'indice del potere clorosante (IPC) viene calcolato dal contenuto di calcareattivo (g x kg-1 di terra fine) e di ferro estraibile in soluzione di ammonio ossalato 0.2 moli x L-1 a pH 7.0 (μg x g-1 di terra fine)

A x 103

IPC = -------- B2

Dove:A = contenuto di calcare attivo, in g x kg-1B = contenuto di ferro estraibile in soluzione di ammonio ossalato, espresso in mg x kg-1

7. BibliografiaDruineau G. 1942. Dosage rapide du calcaire actif des sols. Ann.Agron. 12: 441-450.Gehu-Frank 1959. Procèdè d'èlimination rapide de la matière organique pour l'application de la mèthode de Drouineauaux sols très humifères. Bulletin de la Société Botanique de France 106: 209-212.

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Juste C. e Pouget R. 1972. Appréciation du pouvoir chlorosant des sola par un nouvel indice faisant intervenir le calcaireactif et le fer facilement extractible. Applicationau choix des porte-greffes de la vigne. C. R. Acad. Agric. Fr. 58: 352-357.

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Metodo XIII.2 - DETERMINAZIONE DELLA CAPACITA’ DI SCAMBIO CATIONICO CON BARIO CLORURO E TRIETANOLAMMINA

1. PrincipioIl campione di suolo viene monosaturato con bario per ripetuti trattamenti con soluzione di bario cloruro tamponata a pH 8,2. Successivamente, al campione Ba-saturato viene aggiunta più volte una quantità definita di una soluzione a titolo noto di magnesio solfato. La reazione porta alla formazione di bario solfato insolubile e, quindi, allo scambio completo Ba/Mg. L'eccesso di magnesio in soluzione viene determinato per titolazione complessometrica. Calcolata la quantità dimagnesio adsorbito, che corrisponde alla quantità di bario scambiato, si accerta il valore della capacità di scambio cationico.

2. Reagenti- Soluzione di ammonio idrossido [30% (_ = 0,892)].- Soluzione (1 mole x L-1) acido cloridricoAggiungere con cautela, in matraccio tarato da 1000 mL, contenente circa 400 mL di H2O, 83 mL di acido cloridrico (HCl) [37% (_ = 1,186)]. Mescolare e, dopo raffreddamento, portare a volume con H2O.- Soluzione di bario cloruro tamponata a pH 8,2Trasferire in bicchiere da 1000 mL, contenente circa 800 mL di H2O, 100 g di bario cloruro (BaCl2 x 2 H2O) e 22,5 mL di trietanolammina [N(CH2OHCH2)3] [98% (_ = 1,124)]. Agitare fino a completa solubilizzazione del sale e portare il valore di pH a 8,2 per aggiunta della soluzione (1 moli x L-1) di acido cloridrico. Trasferire la soluzione in matraccio tarato da 1000 mL e portare a volume con H2O- Soluzione (5 cmoli x L-1) di magnesio solfatoSciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 12,324 g di magnesio solfato (MgSO4 x 7 H2O). Portare a volume con H2O.- Soluzione (2,5 cmoli x L-1) di sale bisodico dell’acido etilendiamminotetracetico (EDTA)Sciogliere in H2O, in matraccio tarato da 1000 mL, 9,305 g di sale bisodico dell'acido etilendiamminotetracetico (EDTA). Portare a volume con H2O.- Soluzione tampone a pH 10Sciogliere in matraccio tarato da 1000 mL, contenente circa 500 mL di H2O, 54 g di ammonio cloruro. Aggiungere 350 mL di soluzione di ammonio idrossido [(30%) (_ = 0,892)]. Portare a volume con H2O.- IndicatoreOmogeneizzare, in mortaio di porcellana, 20 g di sodio cloruro e 0,2 g di nero eriocromo T (C20H12N3NaO7S).

3. ApparecchiaturaAttrezzatura da laboratorio di uso comune.In particolare:- agitatore rotante a 40 giri x minuto-1 o agitatore oscillante 120_140 cicli x minuto-1- centrifuga;- tubi da centrifuga da 50 mL con tappo a vite.

4. Procedimento

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Trasferire in tubo da centrifuga da 50 mL con tappo a pressione 2 g del campione di terra fine. Rilevare la massa del tubo + il campione (A). Nel caso di suoli molto argillosi utilizzare 1 g del campione di terra fine. Aggiungere 30 mL della soluzione di bario cloruro (BaCl2 x 2 H2O) tamponata pH 8,2. Chiudere il tubo. Tenere in agitazione per 1 ora.Centrifugare a 3000 giri x minuto-1 e decantare la soluzione limpida in un matraccio tarato da 100 mL. Ripetere il trattamento altre due volte decantando le soluzioni limpide nello stesso matraccio da 100 mL. Portare a volume con la soluzione di bario cloruro (BaCl2 x 2 H2O) tamponata pH 8,2. Utilizzare questa soluzione (I) per la determinazione dell'acidità totale.Lavare il campione con 30 ml, di H2O, centrifugare, e, dopo avere scartato il surnatante, rilevare nuovamente la massa del tubo + il campione (B)Prelevare con buretta di precisione e trasferire nel tubo da centrifuga 30 mL della soluzione (5 cmoli x L-1)di magnesio solfato. Chiudere il tubo e agitare a mano accuratamente fino a dispersione completa del campione. Tenere in agitazione per 2 ore e, quindi, centrifugare.Prelevare e trasferire in matraccio conico di Erlenmeyer da 250 mL 10 mL della soluzione limpida, aggiungere 100 mL di H2O, 10 mL della soluzione tampone di ammonio cloruro ed una punta di spatola di indicatore. Preparare la soluzione della prova in bianco trasferendo in matraccio conico di Erlenmeyer da 250 mL 100 mL di H2O, 10 mL della soluzione (5 cmoli x L-1) di magnesio solfato, 10 mL della soluzione tampone di ammonio cloruro e una punta di spatola dell'indicatore.Titolare la soluzione della prova in bianco e quella del campione con la soluzione (2,5 cmoli x L-1) di EDTA fino a colorazione azzurra.

5. Espressione dei risultatiLa capacità di scambio cationico (CSC) viene espressa in centimoli per kg di suolo (cmol(+) x kg-1) o in millequivalenti per 100 g di suolo (meq x 100 g-1), con una cifra decimale. I due valori risultano numericamente uguali.Per il calcolo viene utilizzata l'espressione:

(VB - VT) x 0,25 x (30 + B - A)CSC = --------------------------------------- M

che deriva da:

(VB - VA) x M x 1000 30 (30 + B - A)CSC = ---------------------------- x ---- x -------------- M x 1000 10 30

Dove:CSC = capacità di scambio cationico, espressa in cmol(+) x kg-1VA = volume della soluzione di EDTA utilizzato per la titolazione della soluzione del campione, espresso in millilitriVB = volume della soluzione di EDTA utilizzato per la titolazione della soluzione della prova in bianco, espresso in millilitriA = massa del tubo da centrifuga + il campione, espressa in grammiB = massa del tubo da centrifuga + il campione dopo saturazione con soluzione di bario cloruro e lavaggio con H2O 30mL/10 mL = rapporto volumetricoM = concentrazione della soluzione di EDTA, espressa in cmol x L-1M = massa del campione utilizzata, espressa in grammi.

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6. NoteNel rapporto d'analisi specificare il metodo utilizzato.Per i suoli ricchi in gesso e per quelli ad elevato contenuto di calcare o di magnesio, bisogna far precedere allo scambio ripetuti trattamenti con una soluzione (1 moli x L-1) di ammonio acetato a pH = 7.Il metodo non è utilizzabile per suoli caratterizzati da elevato contenuto di allofane per il possibile adsorbimento preferenziale di ioni solfato e, a mezzo di questi, di ioni magnesio. Per questo tipo di suoli il valore della capacità di scambio cationico risulta molto inferiore a quello accertato con l'impiego, di soluzione di ammonio acetato.Per la sola determinazione delle basi di scambio non è necessario rilevare le masse del tubo da centrifuga + il campione. Il procedimento è concluso dopo l'ultimo trattamento con soluzione di bario cloruro.

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