Porosità e permeabilità dei terreni

DIDATTICA ATTIVA - Materiali integrativi - ATTIVITÀ
Porosità e permeabilità dei terreni
NOME –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CLASSE ––––––––––––––––––– DATA –––––––––––––––––––––––––––––––
Procedimento
L’attività consiste nel visualizzare i movimenti dell’acqua nel terreno.
Prima parte
Materiali
1 Fissare la colonna all’asta. Rivestire l’estremità inferiore della colonna con la retina mediante il morsetto e inserire il tappo con il
rubinetto chiuso. Al di sotto del tappo posizionare un becher.
- palline di vetro dello stesso diametro per tre
misure di diametro (4, 6, 8 mm), sabbia, argilla;
- cilindro graduato da 100 mL;
- colonna di vetro o plastica del diametro di 3,5 cm
e altezza di 80 ÷100 cm;
- asta e sostegno per la colonna;
- morsetto stringi-colonna;
-rubinetto;
- tappo di gomma per la colonna;
- retina finissima;
-becher;
-cronometro.
Colonna
Premessa
Palline
di vetro
È facilmente osservabile che l’acqua piovana si infiltra nel terreno,
occupando gli spazi vuoti presenti al suo interno e tendendo a scendere verso il basso per effetto della forza di gravità.
La capacità del terreno di essere attraversato dall’acqua si definisce permeabilità e dipende dalla presenza di pori (spazi vuoti) sufficientemente grandi da permettere il movimento dell’acqua al loro
interno. La percentuale di pori presenti tra le particelle di terreno si
definisce, invece, porosità.
Sia la porosità, sia la permeabilità dipendono dalle dimensioni
delle particelle del terreno.
Occorre precisare che non tutta l’acqua scorre attraverso un terreno: parte di essa viene trattenuta dalle particelle di terreno. Questa
frazione di acqua viene definita acqua capillare.
Particella
Acqua
Rubinetto
Cilindro
graduato
Becher
2 Misurare con il cilindro graduato un volume di palline di vetro
pari a 100 mL e versarlo lentamente nella colonna. È importante
che le palline siano asciutte.
3 Misurare nel cilindro graduato 100 mL di acqua e versarla molto
lentamente nella colonna, in modo da non formare bolle di aria,
fino a coprire esattamente la superficie delle palline.
Acqua capillare
4 Misurare per differenza il volume dell’acqua versato (100 mL volume di acqua rimasta nel cilindro = volume di acqua versato).
Calcolare il rapporto in percentuale fra il volume dell’acqua versato e il volume occupato dalle palline (100 mL) in questo modo:
(mL di acqua versata/100 mL) × 100 =
= percentuale del volume di acqua versato
Questo valore percentuale rappresenta la porosità, cioè il volume
occupato dall’acqua negli interstizi tra le palline rispetto al volume
totale occupato dalle palline.
5 Aprire il rubinetto e far scolare l’acqua presente negli spazi fra le
palline. Si misura questa quantità di acqua, detta acqua libera, e
si può verificare che è sempre inferiore rispetto all’acqua versata.
Questo accade perché una parte dell’acqua versata viene trattenuta
e corrisponde all’acqua capillare. L’acqua capillare si può misurare
per differenza tra l’acqua versata e quella scolata.
Questa attività permette di comprendere in quale modo la porosità e la permeabilità vengano influenzate dalle dimensioni delle particelle di terreno, utilizzando dei modelli di terreno artificiali (palline
di vetro) e naturali (sabbia, argilla).
1
Marcella Di Stefano, Simona Pederzoli, Andrea Pizzirani -
Una introduzione allo studio del pianeta - Italo Bovolenta editore - 2011
DIDATTICA ATTIVA - Materiali integrativi - ATTIVITÀ
•In che modo il diametro di ciascun materiale impiegato influenza
la quantità di acqua capillare?
6 Ripetere il procedimento con materiali di dimensioni diverse
(palline di diametro differente, sabbia, argilla) e annotare i valori
trovati di porosità e acqua capillare nella tabella sottostante.
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Seconda parte
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7 Versare 300 mL di acqua nella colonna con il rubinetto aperto e
misurare il tempo necessario affinché l’acqua fuoriesca dal basso
passando attraverso le palline. Interrompere la misura del tempo
quando si interrompe il flusso continuo di acqua. Calcolare la permeabilità del materiale con la seguente formula:
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300 mL di acqua/secondi impiegati =
= permeabilità del materiale impiegato
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Il tempo necessario affinché un dato volume di acqua scorra attraverso la colonna di palline fornisce un’indicazione della permeabilità della colonna di palline.
•In che modo il diametro di ciascun materiale impiegato influenza
la permeabilità?
8 Ripetere il procedimento con materiali di dimensioni diverse
(palline di diametro differente, sabbia, argilla, sabbia mista ad argilla) e annotare i valori trovati di permeabilità nella tabella.
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Terza parte
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9 Osservare la tabella con i valori trovati e rispondere ai seguenti
quesiti.
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•In che modo il diametro di ciascun materiale impiegato influenza
la porosità?
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•In base ai valori calcolati: la porosità, l’acqua capillare e la permeabilità sono grandezze indipendenti o in relazione l’una con l’altra?
Motiva la tua risposta.
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Materiale
Porosità
Acqua capillare
Permeabilità
Palline diametro 4 mm
Palline diametro 6 mm
Palline diametro 8 mm
Sabbia
Argilla
2
Marcella Di Stefano, Simona Pederzoli, Andrea Pizzirani -
Una introduzione allo studio del pianeta - Italo Bovolenta editore - 2011