CARATTERIZZAZIONE DEI SEDIMENT

Nel seguente capitolo verranno illustrate le analisi di laboratorio fatte sui sedimenti marini prelevati dal porto di Livorno, il cui scopo è quello di caratterizzare il materiale oggetto di studio, per una ottimale progettazione dell’impianto di decontaminazione elettrocinetica.

Il piano di caratterizzazione per tale area è già stato redatto da ICRAM, oggi ISPRA, con lo scopo di pervenire alla completa caratterizzazione del sito, comprensiva di indagini chimico-fisiche e microbiologiche, di indagini ecotossicologiche e dell’analisi della colonna d’acqua e del comparto biotico.

Lo stesso ente, ha individuato l’approccio chimico-ecotossicologico come il criterio più appropriato e oggettivo per la valutazione della qualità dei sedimenti. I principi di tossicità ed ecotossicità costituiscono le basi scientifiche recepite nelle più importanti normative ambientali. Sulla base di questi criteri sono stati definiti per tutti i SIN i “valori d’intervento”, ovvero quelle concentrazioni oltre le quali prevedere interventi volti al risanamento e al ripristino ambientale dell’area marina o di transizione investigata.

Per tali ragioni, nel seguente capitolo, in corrispondenza della sezione in cui si parlerà delle concentrazioni dei metalli contenuti nella matrice solida, spesso verrà preso come riferimento il summenzionato documento.

4.1

Campionamento

Come punto di prelievo è stata scelta un area in cui, dalla caratterizzazione dei sedimenti fatta da ICRAM, è risultato un livello di contaminazione piuttosto elevato (Figura 4.2).

L’intera area portuale risulta fortemente antropizzata, al suo interno insistono, infatti, oltre ad attività di tipo commerciale legate al trasporto marittimo, attività produttive di tipo chimico, aree dedicate al traffico di rame e materiali non ferrosi ed aree specializzate nel trattamento di rifiuti tossici.

In particolare, l’area industriale e portuale di Livorno è caratterizzata dalla presenza di importanti insediamenti produttivi classificati come “industrie a rischio di incidente rilevante” e da uno scalo ferroviario con movimentazione di sostanze pericolose. Ciò ne ha determinato il riconoscimento dalla legge 137/97, come “area critica ad elevata concentrazione di attività industriali”.

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Molti sistemi di campionamento dei sedimenti sono ideati per isolare e recuperare uno specifico volume, ad una profondità fissata sotto la superficie dei sedimenti stessi, cercando di preservare al meglio l’integrità del campione. L’accessibilità all’area da campionare ed il tipo di campione richiesto giocano un ruolo fondamentale nella scelta della modalità di campionamento più adatta. Le operazioni di campionamento possono essere condotte infatti da terra, via mare e per ciascun caso si possono impiegare apparecchiature specifiche.

Spesso il campionamento riguarda strati superficiali di sedimenti (10-15 cm di profondità), in questo caso si cercano informazioni sui sedimenti più recenti, sugli organismi bentonici che vi vivono e sulla distribuzione orizzontale dei diversi parametri

d’interesse. Altre volte risulta più importante avere una colonna di sedimenti che fornisca informazioni sulla storia dei sedimenti, sui cambiamenti dei vari parametri nel tempo e sulla qualità del materiale in relazione alla profondità.

Si potrebbe usare anche il dragaggio per la raccolta di campioni, ma questa procedura risulta inadatta per un campionamento rappresentativo, dato che non garantisce l’integrità dei sedimenti e della loro acqua interstiziale e provoca spesso anche la perdita di fini.

I due tipi di campionatori più usati sono: i campionatori a benna e i carotieri.

Queste apparecchiature vengono impiegate per il campionamento dei sedimenti superficiali e risultano

maneggevoli, facili da usare e da trasportare, versatili e non molto costose. Nel nostro caso sono stati utilizzati dei campionatori a benna (Figura 4.1), le quali si chiudono raggiungendo lo strato di sedimenti, raccogliendo il materiale.

I sedimenti sono stati prelevati in corrispondenza della Nuova Darsena Petroli, nel punto in cui la caratterizzazione dei sedimenti condotta da ICRAM aveva mostrato livelli critici di contaminazione (Figura 4.2).

Figura 4.1: Campionatore a benna utilizzato per il prelievo dei sedimenti

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Dopo il prelievo dei campioni, opportunamente stoccati in contenitori di PVC, ognuno con una capacità di circa 10 litri, si è proceduto alla omogeneizzazione dei sedimenti. Questa operazione è stata effettuata mediante un mixer meccanico, e consiste in una energica miscelazione dei sedimenti fino ad ottenere una completa omogeneità delle proprietà chimico-fisiche, prima di procedere con le analisi.

Figura 4.2: Vista planimetrica del porto di Livorno, con indicazione del punto di prelievo dei sedimenti (ICRAM, 2006)

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4.2

Analisi Granulometrica dei Sedimenti

I criteri di classificazione dei terreni o dei sedimenti, come nel caso in esame, si basano principalmente sull’analisi granulometrica.

Le informazioni ottenute da tale prova, insieme alle verifiche sperimentali derivanti dalle prove di permeabilità, sono essenziali per poter avere un quadro generale dei sedimenti in discussione, ricavando i parametri essenziali quali, umidità e coefficiente di permeabilità, nonché riuscire a definire la tipologia di materiale.

L’obbiettivo dell’analisi granulometrica è pertanto quello di raggruppare, in diverse classi di grandezza, le particelle costituenti il terreno, e di determinare successivamente le percentuali in peso di ciascuna classe, riferendole al peso secco del campione iniziale (RAVIOLO, 1993). La procedura più semplice per effettuare un’analisi granulometrica è costituita dalla vagliatura per mezzo di una serie di setacci, di apertura via via decrescente, che vengono sovrapposti e fatti vibrare, in modo da separare i granuli in frazione di dimensioni pressoché uguali, ciascuna trattenuta al corrispondente setaccio. I setacci utilizzati durante la prova sono quelli indicati dalle norme ASTM (D 422) e vanno da un massimo di 75mm di apertura delle maglie fino a 0.075 mm (Figura 4.4)

La distribuzione dei granuli di dimensioni inferiori a 0.075 mm (cioè le particelle di limo e argilla) viene effettuata con metodi indiretti, basati sui tempi di sedimentazione delle particelle in acqua distillata. In questo modo si arrivano a identificare elementi di dimensioni minime dell’ordine di 1 micron.

Di seguito verranno brevemente illustrate la modalità di svolgimento delle prove, fino a definire la curva granulometrica rappresentativa dei sedimenti oggetto di studio.

4.2.1 Setacciatura

Come accennato in precedenza questa prova viene svolta a mezzo di una serie di setacci standardizzati dalla normativa ASTM C136 e D22, in cui la dimensione della maglia diminuisce progressivamente verso il basso di circa metà del diametro del setaccio

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posta in una tavola vibrante, o come nel nostro caso, sottoposti ad azione meccanica manuale, per un tempo sufficiente a garantire il passaggio del materiale dai fori. Di seguito è stato stimato il peso di ogni frazione trattenuta all’interno dei setacci e quindi la percentuale rispetto al peso iniziale del materiale per ogni classe di granulometria. Il setaccio a maglia più fine è quello ASTM200 con apertura della maglia pari a 0.074 mm. La frazione così trattenuta è una polvere finissima che viene poi sottoposta a sedimentazione, mediante la prova aerometrica.

4.2.2 Aerometria

La prova di cui si parlerà nel seguente paragrafo permette di determinare la distribuzione granulometrica del sedimento le cui particelle presentano diametro dei grani inferiore a 0.075 mm. La dimensione delle particelle vengono determinate indirettamente, misurandone il tempo di sedimentazione all’interno di un cilindro, contenente una dispersione delle particelle stesse in acqua distillata.

Per il calcolo del diametro del singolo granulo di limo e argilla, si fa riferimento alla legge di Stokes (1880), la quale permette di determinare il diametro di una sfera avente peso specifico noto, della quale sia nota la velocità di caduta V (in cm/s), all’interno di un liquido di peso specifico e viscosità conosciuti:

= 1800

Con:

= viscosità dinamica del liquido (g x sec/cm2₎

= peso specifico della particella (g/cm3)

= densità del liquido (g/cm3₎

D = diametro della sfera (mm)

Nel corso della prova si tratta dunque di misurare la velocità di caduta delle particelle, vale a dire del tempo che la singola particella impiega per percorrere una determinata distanza.

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Le letture di tale distanza vengono effettuate mediante un densimetro, che, ad intervalli di tempo regolari, viene introdotto nel cilindro contenente il materiale in esame.

4.2.3 Elaborazione dei Risultati

Le informazioni ottenute dall’analisi granulometrica per setacciatura e per sedimentazione, vengono presentate sotto forma di curve, dove ad ogni diametro del setaccio considerato, viene indicata la percentuale in peso, rispetto al campione secco iniziale, della frazione più fine (percentuale di passante), come mostrato in Figura 4.6.

Allo scopo di visualizzare più facilmente la distribuzione del materiale e tenendo conto dell’ampiezza delle dimensioni considerate (da 100 mm a 0.5 micron circa), i diametri delle particelle sono rappresentati in scala logaritmica.

Di seguito vengono riportati i risultati delle analisi granulometriche effettuate su tre diversi campioni di sedimenti prelevati dal fondale del sito oggetto di studio:

1) Ghiaia: 2,25% 2) Sabbia: 48,75% 3) Limo: 25,5% 4) Argilla: 23,5% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 10,0000 100,0000 P as sa n te [ % ] Diametro [mm]