Laboratorio materiali lapidei

Modulo di laboratorio: Materiali lapidei ed artificiali - Peso specifico

Una delle caratteristiche più importanti in una roccia è il peso specifico, questo può anche essere definito peso unitario, ed è dato dal rapporto P/V; la densità, invece, è data dal rapporto m/V. Peso specifico e densità si assomigliano molto, la differenza è molto piccola ed è legata alla precisione dei valori ottenuti, la diversità tra peso e massa si avverte a partire dalla terza cifra. Quindi, in base alla precisione richiesta, utilizzare la densità o il peso specifico non comporta grandi errori.

È semplice determinare il peso, basta porlo su una bilancia; la misura del volume, invece, risulta essere talvolta più complessa, non tanto quando si ha a che fare con forme geometriche ben definite, bensì quando si hanno delle forme irregolari, come dei frammenti di roccia. Molto utile, sotto questo punto di vista, è il peso.

Il peso specifico relativo si ottiene confrontando il peso specifico di una sostanza con una sostanza di riferimento avente lo stesso volume, ottenendo appunto il peso specifico relativo. Il confronto viene generalmente svolto utilizzando come valore di riferimento l'acqua, che a 4°C ha densità di 1 g/cm³.

Peso specifico relativo:

P₁ = m₁ × g / V

P₂ = m₂ × g / V

Nei materiali eterogenei, come le rocce, occorre considerare due pesi specifici: apparente e reale.

Peso specifico apparente:

Rappresenta il peso dell'unità di volume di un solido (roccia) nella sua interezza, non considera eventuali vuoti presenti.

Peso specifico reale:

Rappresenta il peso dell'unità di volume della parte solida a cui viene detratto l'eventuale volume di vuoti (pori, cavità, fessure), e chiaramente la densità di una roccia diminuisce all'aumentare della presenza di vuoti.

Dal confronto tra questi due valori

non modifica il livello dell'acqua nel cilindro graduato. Un secondo metodo per misurare il peso specifico è l'utilizzo di un densimetro. Il densimetro è un strumento che misura la densità di un liquido. Per utilizzarlo, si inserisce il campione di roccia in un contenitore con un liquido di densità nota. Il densimetro viene poi immerso nel liquido e la lettura sullo strumento fornisce il peso specifico del campione di roccia. Entrambi i metodi sono utilizzati per ottenere informazioni sulla compattezza e sulla porosità di una roccia, che sono importanti per la sua caratterizzazione e per determinare le sue proprietà fisiche.

questa ne vaa riempire i vuoti, e di conseguenza a diminuire il volume di acqua che verrà spostato, perciò il dato è sfalsato (p.s. apparente). Inoltre, questo metodo di misurazione non è preciso in quanto influenzato dalla precisione del cilindro graduato.

Una prova più precisa viene svolta con il picnometro; esso è costituito da una boccetta di beuta (forma tronco conica), ed ha due aperture: una è l'apertura capillare (situata su un lato della beuta) da cui fuoriesce un capillare, ovvero un tubicino sottile graduato. L'altra apertura è situata all'apice della beuta, ed è il tappo, dove viene generalmente inserito un termometro (per misurare la T dell'acqua). Questo strumento viene normalmente utilizzato per misurare il peso specifico reale, cioè quello della parte solida, questo perché al suo interno non possono essere inseriti oggetti di grandi dimensioni, ma vanno inseriti necessariamente.

acqua e della polvere: m2 (120g)3. calcolare la massa della polvere: m2 - m1 (20g)4. calcolare il volume della polvere: differenza di volume tra il picnometro pieno di acqua e il picnometro pieno di acqua e polvere5. calcolare la densità reale della polvere: massa della polvere diviso il volume della polvere

acquasenza corpo: m2 (80g)

la massa del corpo X è data differenza delle due masse: mX=m1-m2 (20g)

determinare la massa del picnometro contenente il corpo X e acqua: m3 (95g)

determinare la massa dell'acqua uscita, che ha volume uguale a quello del corpo X: mH2O=m1-m3 (5g)

la densità relativa del corpo X è: x = (m1-m3)/(m1-m2)

Se l'acqua è a 4°C, basta fare la differenza tra il valore del picnometro senza polvere e quello con la polvere e ottengo il volume della polvere stessa, ovvero m1-m3.

Il peso specifico, tranne qualche unità oltre la terza cifra significativa, è numericamente uguale alla densità ottenuta.

BILANCIA IDROSTATICA

Un metodo più preciso nella determinazione del peso specifico è quello della bilancia idrostatica, questa è una bilancia particolare che permette la misura del peso del campione sia in aria e sia nel momento in cui il campione è immerso

vuoto immerso nell'acqua, quindi 5-3 = 2 gr3. Il volume del campione immerso nell'acqua è dato dalla differenzatra il peso del cestello con il campione immerso nell'acqua ed il pesodel cestello vuoto immerso nell'acqua, quindi 20-3 = 17 gr4. Il peso specifico del campione è dato dalla divisione tra la massadel campione e il volume del campione immerso nell'acqua, quindi 15/17= 0.882 gr/cm^3immerso nell'acqua, ovvero 5-1= 4 gr. Questo valore, essendo l'acqua alla T di 4° C, corrisponde all'aspinta di Archimede, e quindi al volume. ³. Dopodiché misuriamo il volume del cestello contenente il campione seguendo un analogo procedimento. Cioè 20-12= 8 gr. Anche qui il valore corrisponde alla spinta di Archimede, e cioè al volume. ⁴. Per avere solamente il volume del solido faccio la differenza tra il volume del cestello col campione e il volume del cestello vuoto. Quindi 8-4= 4 gr ⁵. Avendo sia il peso del campione che il volume posso calcolare il peso specifico: 15/4 Quando si ha a che fare con campioni aventi porosità, per evitare che il dato risulti sfalsato, si stende una cera liquida (paraffina) sulla superficie del campione, che essendo impermeabile impedisce all'acqua di penetrare all'interno del campione. Campioni saturi d'acqua ¹. Un campione di roccia presenta sempre almeno un po' d'acqua, perché siè infiltrata o magari ciò è dovuto all'umidità atmosferica. Anoi, però, interessa il peso del campione secco; per ottenere un campione secco si mette dentro una stufa da laboratorio alla temperatura di 110°C per 12 ore; successivamente per farlo raffreddare si mette all'interno di un essiccatore, al cui fondo è presente gel di silice, in grado di assorbire acqua, che fa si che sul materiale non si formi condensa. Una volta raffreddato è possibile eseguire le solite pesate col picnometro o con la bilancia idrostatica. pag. 52. La seconda misura viene fatta sul campione saturo d'acqua. Il campione si immerge per almeno 100 ore, anche se secondo le normative europee si immerge il campione per 10 ore, si pesa e si reimmerge, poi nuovamente 10 ore e si pesa, se la differenza delle due pesate è elevata si rifà l'operazione, diversamente si termina; questa operazione prosegue finché tra due misure non ciSarà unmargine d’errore <0.1 g o 1%. Al termine avrò un campione saturo, cioè avrà i pori tutti pieni di acqua. Da questa misura, facendone la differenza con il campione secco, ottengo la misura del volume dei pori, e quindi in definitiva la densità reale. Pomice, i vuoti sono coperti da un film sottile che fa sì che non comunichino con l’esterno, e quindi galleggia. Il peso specifico e la densità sono strettamente dipendenti dalla composizione mineralogica e dalla struttura. La struttura è particolarmente influente per l’eventuale presenza di vuoti, che contribuiranno ad abbassare il peso specifico e la resistenza meccanica. La porosità è un “problema”, oltre che per i precedenti fattori, anche per il fatto che la presenza dei pori ne determina una maggior facilità di alterazione o dissoluzione, in quanto maggiore è la porosità e tanto maggiore sarà la superficie soggetta a processi chimici. pag.6Il grado di porosità dipende anche dall'impacchettamento dei granuli, cioè come i granuli si accostano gli uni agli altri. La porosità più elevata si ha nel packing cubico, mentre quella più bassa è data da un packing romboedrico. La porosità diminuisce all'aumentare del grado di compattazione. Un altro fattore che influisce sulla porosità è la classificazione di Calvino, un geotecnico, che ha classificato le rocce in base alla loro porosità in delle classi, da quelle a più bassa porosità a quelle p