Le acque sotterranee. Tipi di acque nei terreni

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1 Tipi di acque nei terreni L contenuta in un terreno può essere cassificata in modo diverso a seconda de egame esistente con i granui di terreno. Acqua di ritenuta E che aderisce ai grani di terreno, non prendendo parte a cico idroogico. Essa comprende: - peicoare che aderisce ai grani per adesione e adsorbimento, formando una peicoa che avvoge i singoi grani; i suo contenuto varia proporzionamente aa superficie specifica dei grani. Può variare da 40-45% per argia a 1-2% per a sabbia. - igroscopica che viene assorbita dai grani di terreno penetrando nei micropori; i suo contenuto varia proporzionamente aa superficie specifica dei grani da 15-18% per a sabbia fine ao 0,2-0,5% per a sabbia grossa. - capiare che riempie gi interstizi tra i grani e, vincendo a forza di gravità, si innaza a di sopra dea superficie freatica. L capiare può essere di tipo continuo, se viene aimentata direttamente daa fada, o di tipo discontinuo quando, in seguito a abbassamento dea superficie freatica, non è più in contatto con a fada. Acqua ibera E che, per effetto dea forza di gravità, è in grado di fitrare ne terreno. Si distingue in gravitazionae o vadosa, nea zona non satura, e in di fada, nea zona satura. Ai fini dea souzione dei probemi egati a drenaggio dei terreni, ibera è quea che riveste a maggiore importanza. Rappresentazione schematica dei diversi tipi di acque nei terreni. d infitrazione capiare d adesione d assorbimento di fada Tutte e acque che si trovano a di sotto dea superficie de suoo vengono considerate acque sotterranee mentre quee che si trovano a di sopra di tae superficie sono considerate acque superficiai. L' sotterranea può essere ricondotta a due differenti zone: - a zona non satura che si trova immediatamente a di sotto dea superficie de suoo e contiene sia che aria. Tae zona è, a sua vota, suddivisa in: fascia d'evapotraspirazione (o zona de' de suoo) in corrispondenza dea quae avvengono i fenomeni d'evapotraspirazione; e acque presenti sono quee di ritenuta (peicoare e igroscopica).

2 fascia intermedia (o zona di ritenuta) ove, otre a' di infitrazione, è presente ' di ritenuta (compresa ' capiare sospesa). frangia capiare (zona a contatto con a fada freatica) che è i risutato de'attrazione de' da parte degi eementi soidi dei terreni come a formare una specie di peicoa attorno ai grani. L' tende quindi a risaire entro i vuoti minori. - a zona satura (o zona di saturazione) che rappresenta a fada vera e propria dove i terreno è competamente saturo d'. acque superficiai pozzo aghi - fiumi fascia d'evapotraspirazione acque sotterranee zona non satura zona satura fascia intermedia o zona di ritenuta frangia capiare superficie freatica fada freatica iveo Tipi di acque sotterranee.

3 Tipi di fade Le fade sono di diversi tipi a seconda di come avviene i moto de e a oro aimentazione. La fada freatica è deimitata superficiamente daa superficie freatica e riceve 'aimentazione direttamente da'infitrazione verticae. In corrispondenza aa superficie freatica, ' si trova ad una pressione uguae a quea atmosferica. La fada artesiana si ha quando 'acquifero è confinato a'interno di due strati impermeabii. La pressione de' a'interno de'acquifero ha un vaore superiore a queo dea pressione atmosferica. Se si perfora un pozzo in questo tipo di fada, i iveo de' supererà i tetto dea fada raggiungendo una quota che corrisponde aa superficie piezometrica. uesta è una superficie immaginaria, rappresentante a pressione idrostatica de' nea fada. La fada disperdente si ha quando o strato di separazione tra e due fade non è perfettamente impermeabie. In questo caso può esservi i passaggio d' da una fada a'atra. La superficie freatica coincide quasi sempre con a superficie piezometrica. piezometro piano campagna FALDA FREATICA superficie freatica piano campagna strato impermeabie superficie freatica superficie piezometrica piano campagna FALDA DISPERDENTE FALDA ARTESIANA strato impermeabie strato semimpermeabie strati impermeabii I principai tipi di fade.

4 Moti di fitrazione e principai parametri idrogeoogici Legge di Darcy 0 coonna di sabbia iveo costante K h =H Ne 1856 'ingegnere Darcy condusse acuni esperimenti su moto de' nei mezzi porosi, utiizzando un dispositivo sperimentae come queo schematizzato in figura. La verifica sperimentae portò aa seguente equazione: = K A h = portata (m 3 /s) A = sezione de campione (m 2 ) h = carico idrauico statico sua sezione inferiore dea coonna di sabbia (m) = K A h SEZIONE TOTALE voume d' Schema de dispositivo sperimentae di Darcy. (da: Idrogeoogia - Gibert Castany - ed. Dario Faccovio) inea di corrente carico idrauico costante K = conducibiità idrauica (m/s) = atezza dea coonna di sabbia (m) uesta importante reazione costituisce una base fondamentae per comprendere i movimento dei fuidi attraverso mezzi porosi. Essa dimostra che a quantità d che fitra ne unità di tempo (m 3 /s) attraverso una sezione di terreno (m 2 ), perpendicoare aa direzione verticae di defusso, è funzione dea conducibiità idrauica K (m/s) e dea perdita di carico per unità di unghezza h/ (adimensionae). Poiché i rapporto h/ è definito come gradiente idrauico i, equazione diventa: = K A i La egge di Darcy è vaida soo ne caso in cui siano rispettate e seguenti condizioni: - campione di terreno continuo, isotropo, omogeneo; - fusso di tipo aminare de ne mezzo poroso. I defusso aminare è caratterizzato da inee di defusso continue, rettiinee, aventi tra oro a stessa posizione reativa. Le veocità, costanti e paraee, sono inferiori aa veocità critica, superata a quae i defusso diventa turboento. La reazione tra a egge di Darcy e a circoazione de ne terreno è megio rappresentata da un dispositivo con defusso aterae, come queo iustrato neo schema seguente.

5 piezometri 1 2 h aa pendenza dea superficie piezometrica. I vaori dei gradienti idrauici in condizioni naturai sono moto bassi e variano tra 0,001 e 0, h 1 carico idrauico cost K = K A (h 1 - h 2 ) = K A h L appicazione dea egge di Darcy ai terreni può essere ancor megio rappresentata dao schema sottostante. Nee vautazioni pratiche sue caratteristiche idrogeoogiche di un acquifero reae, i gradiente idrauico viene cacoato misurando a differenza di profondità de iveo piezometrico a interno di due pozzi di osservazione (uno a monte atro a vae) ungo una inea di corrente. Tae differenza può essere assimiata 0 inea di corrente 0 iveo geodetico di riferimento Dispositivo sperimentae con defusso aterae. h 1 pozzi di osservazione 1 2 superficie piezometrica 0 iveo geodetico di riferimento 0 i = h 1 - h 2 h h 2 h 2 (da: Idrogeoogia - Gibert Castany - ed. Dario Faccovio) Appicazione dea egge di Darcy ai terreni. (da: Idrogeoogia - Gibert Castany - ed. Dario Faccovio) Conducibiità idrauica La conducibiità idrauica è definita come i voume di gravifica (m 3 ) che attraversa ne unità di tempo (s), sotto effetto di un gradiente idrauico unitario, una sezione unitaria di terreno (m 2 ) ortogonae aa direzione di defusso, nee condizioni di vaidità dea egge di Darcy (aa temperatura di 20 C). Ha a dimensione di una veocità e si esprime in m/s. La conducibiità idrauica di un terreno si misura con metodoogie diverse, in funzione dea granuometria. Per e sabbie uniformi a conducibiità idrauica può essere anche cacoata sua base dee curve granuometriche mediante a formua semiempirica di Aen Hazen: K (cm/sec) = C d 10 2 (cm) C = costante di vaore compreso tra per e sabbie uniformi e per e sabbie non uniformi o imi-sabbiosi d 10 2 = diametro in corrispondenza a 10% dea percentuae di materiae passante nee curve granuometriche Di seguito è riportata una tabea con i vaori dea conducibiità idrauica riferiti ai diversi tipi di terreno.

6 k (cm/sec) , Drenaggio Buono Ridotto Praticamente nuo Tipo di terreno Ghiaia puita Sabbie puite, misto di ghiaie e sabbie puite Sabbie moto fini, imo organico ed inorganico, misti di sabbie, imi e argie ecc. Terreno «impermeabie» argie con modificazioni strutturai generate da vegetazione ed aterazione in sito Terreno «impermeabie» argie omogenee a di sotto dea cotre d'aterazione atmosferica Determinazione diretta di k Prova diretta nea posizione originae - prova di pompaggio, prova di deicata esecuzione: significativa Prova ad atezza di carico costante, prova di facie esecuzione Determinazione indiretta di k Prova a carico variabie di facie esecuzione: significativa Determinazione daa curva granuometrica, appicabie sotanto a sabbie e ghiaie puite in natura Prova a carico variabie di deicata esecuzione: scarsamente significativa Prova a carico variabie: moto scarsamente significativa, di deicata esecuzione Determinazione basata sui risutati dea prova di consoidazione, prova di deicata esecuzione: significativa Campo di variabiità dea conducibiità idrauica dei terreni. (da: Geotecnica e Tecnica dee Fondazioni- Castei Guidi - ed. Hoepi) Trasmissività La produttività di un acquifero può essere espressa mediante a trasmissività T (m 2 /s), che indica a portata d' che defuisce per unità di arghezza, attraverso un acquifero, sotto 'effetto di un gradiente idrauico i. La trasmissività T è pari a prodotto dea conducibiità idrauica per o spessore de'acquifero: T = K H K = conducibiità idrauica (m/s) H = spessore de acquifero (m)

7 Raggio di infuenza La distanza tra 'asse di un pozzo da quae sta avvenendo un emungimento di di fada e i punto ne quae si osserva un abbassamento non apprezzabie de iveo di fada, viene definito come raggio di infuenza R. Tae distanza varia sia in funzione dea portata d' emunta da pozzo sia in funzione dea conducibiità idrauica de'acquifero. I cacoo de raggio di infuenza può essere ottenuto per via teorica, ne caso di moti stazionari, ricorrendo aa formua di Sichardt: R = C (H - h 0 ) K = C s 0 K C = costante di vaore pari a 3000 per i pozzi e variabie tra 1500 e 2000 per i wepoint K = conducibiità idrauica (m/s) h 0 = spessore dea fada a'interno de pozzo (m) H = spessore dea fada indisturbata (m) s 0 = abbassamento de iveo d in corrispondenza de pozzo o dea trincea equivaente. Raggio di infuenza. R H Ne caso di moti non stazionari, i cacoo de raggio di infuenza può essere ottenuto attraverso 'equazione di Theis: R = 10 T t S T = trasmissività (m 2 /s) t = tempo (s) S = coefficiente di immagazzinamento Anche se i vaore reae de raggio di infuenza deve essere misurato in sito, e formue sopraindicate possono fornire una stima di tae grandezza. Di seguito, è riportata una tabea che correa i raggio di infuenza con a conducibiità idrauica e abbassamento de in un pozzo. Abbassamento di fada in metri (S 0 ) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9, Conducibiità Idrauica (m/s) x x x 10-3 Raggio di infuenza (R) in metri Basato su R = 3000 S K Rapporto tra i raggio di infuenza, a conducibiità idrauica e abbassamento de iveo di fada di un pozzo. (da: Contro of Ground Water for Temporary Works - ed. CIRIA)