PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA PERCORSO DI ABILITAZIONE
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- Ladislao Fantoni
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1 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA PERCORSO DI ABILITAZIONE
2 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA GEOLOGIA IDROGEOLOGIA
3 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Meccanica Elettromeccanica Idraulica GEOLOGIA 2
4 LE ROCCE Le rocce sono aggregati di uno o più minerali L aspetto delle rocce è determinato principalmente da due fattori: Composizione mineralogica Tessitura: forma e dimensioni dei cristalli I due fattori sopra indicati sono legati alle condizioni di formazione della roccia, ovvero alla sua origine geologica CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
5 LE ROCCE Le rocce sono suddivise in tre grandi gruppi, in funzione della loro origine: 1. ROCCE IGNEE O MAGMATICHE 2. ROCCE METAMORFICHE 3. ROCCE SEDIMENTARIE CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
6 Il ciclo delle rocce Il ciclo delle rocce di Hutton o ciclo litogenetico illustra il processo che lega la trasformazione e la formazione dei tre gruppi di rocce Il ciclo delle rocce è guidato dalla tettonica delle placche CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
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8 1. Rocce Ignee Le rocce ignee si formano per cristallizzazione (solidificazione) da un magma (stato fuso) all interno della Terra La loro genesi è strettamente legata ai processi razionalizzati nella teoria della tettonica delle placche Le rocce ignee sono suddivise in categorie: Rocce ignee intrusive o rocce plutoniche: rocce formate da una lenta cristallizzazione del magma, a profondità variabili all interno della Terra. Dimensioni grandi dei cristalli (grana grossolana) Rocce ignee effusive o rocce vulcaniche: rocce formate da una rapida cristallizzazione del magma, in superficie o quasi. Dimensioni piccole dei cristalli (grana fine) o addirittura tessitura vetrosa Rocce ipoabissali o filoniane: rappresentano una categoria di rocce intermedia tra le due sopra indicate, legate ad una cristallizzazione abbastanza rapida ma non in superficie CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
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10 K-feldspato quarzo biotite plagioclasio pirosseno olivina 1. Rocce ignee gabbro Tipi principali di rocce ignee: Ignee intrusive (plutoniche): Granito Gabbro granito Ignee effusive (vulcaniche): Riolite Andesite Basalto Minerali comuni nelle rocce ignee: Quarzo, feldspati, miche, pirosseni, anfiboli, olivina riolite basalto CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
11 2. Rocce metamorfiche Le rocce metamorfiche sono il prodotto di profonde trasformazioni mineralogiche e tessiturali, a seguito di elevate temperature e pressioni, che si verificano all interno della Terra, a spese di rocce preesistenti (ignee, sedimentarie e metamorfiche) Le temperature che generano metamorfismo sono generalmente comprese tra 200 C e 750 C, tali da indurre trasformazioni allo stato solido per ricristallizzazione e reazioni chimiche La loro genesi è strettamente legata ai processi razionalizzati nella teoria della tettonica delle placche CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
12 Rocce metamorfiche Esistono vari tipi di rocce metamorfiche, che sono distinte in base : alla composizione chimicomineralogica della roccia preesistente (protolito), alle condizioni P e T di formazione (facies metamorfica) al tipo di metamorfismo, di cui i principali sono: Metamorfismo regionale Metamorfismo di contatto Metamorfismo da seppellimento Metamorfismo di fondo oceanico Un importante struttura generata dai processi di metamorfismo è la foliazione delle rocce CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
13 quarzo miche clorite miche quarzo (granato) Tipi principali di rocce metamorfiche: Fillade Metam. Regionale basso grado met. derivata da rocce pelitiche Micascisto Metam. Regionale medio-alto grado met. derivata da rocce pelitiche, ecc. Gneiss Metam. Regionale medio-alto grado met. derivata da rocce sedimentarie e da graniti Marmo Metam. Regionale e di contatto basso-alto grado metam. derivata da calcari Serpentinite Metam. di fondo oceanico e regionale - basso grado metam. - derivata da peridotiti miche K-feldspato plagioclasio fillade gneiss serpentinite micascisto marmo calcite Minerali comuni nelle rocce metamorfiche: Quarzo, feldspati, miche, granato, pirosseno, cianite, ecc. talco serpentino CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
14 3. Rocce sedimentarie Le rocce sedimentarie si formano principalmente grazie all azione di agenti esogeni, quindi sulla superficie terrestre Le rocce sedimentarie sono dovute al deposito di granuli seguito a disgregazione e\o decomposizione di rocce preesistenti (degradazione meteorica), oppure a formazione diretta a seguito di processi chimici e\o biochimici Al processo di degradazione, segue il processo di trasporto dei sedimenti nei bacini deposizionali Le rocce sedimentarie si formano per litificazione di sedimenti incoerenti deposti CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
15 3. Rocce sedimentarie Le rocce sedimentarie sono suddivise in più categorie, in base alla loro genesi: Rocce particellari: hanno subito tutto o parte del processo di degradazione-trasporto-sedimentazionelitificazione (clastiche o terrigene e allochimiche) Rocce chimiche e biochimiche: sono il prodotto di precipitazione chimica o di processi di formazione a seguito di attività biologica CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
16 miche K-feldspato plagioclasio Tipi principali di rocce sedimentarie: Frammenti litici quarzo Minerali delle argille Particellari: Non carbonatiche Conglomerati Arenaria Siltite Argillite Carbonatiche (calcari) Calciruditi Calcarenite Calcilutite Chimiche e biochimiche: Carbonatiche (calcari) Travertino Calcilutite Non carbonatiche Gesso Diaspro Minerali comuni nelle rocce sedimentarie: Quarzo, minerali argillosi, feldspati, calcite, dolomite, gesso, salgemma calcite gesso arenaria calcare gesso argillite travertino diaspro CGT - Centro di GeoTecnologie 2010 quarzo
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22 TERRENI Una terra si differenzia da un materiale a comportamento lapideo (roccia) in quanto le sue particelle sono tenute insieme da forze inferiori di diversi ordini di grandezza rispetto ad una roccia (un argilla immersa in acqua per alcune ore si disgrega completamente, mentre un calcare o un granito rimangono integri). Una terra è costituita da un aggregato di particelle separate da vuoti che possono essere colmati da acqua o aria. Un terreno è dunque definibile come sistema multifase in cui sono distinguibili e coesistono i seguenti tre elementi: FASE SOLIDA: particelle solide del terreno; FASE LIQUIDA: generalmente acqua che riempie i vuoti tra le particelle; FASE GASSOSA: aria che riempie i vuoti non occupati dal liquido. L insieme di queste tre fasi determina il comportamento di un terreno. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
23 TERRENI CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
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29 Porosità: n =Vv /Vt = 0 1 Vv = volume dei vuoti Vt = volume totale Indice dei vuoti: e = Vv/Vs = 0 Vs = volume del solido e = n/ n-1 Nell'ipotesi di un terreno costituito da sfere uniformi, i valori limite di porosità sarebbero rispettivamente: mmax = 0,476 emax = 0,908 (in condizione di minimo addensamento) mmin = 0,258 emin = 0,348 (in condizione di massimo addensamento) CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
30 Per quanto riguarda l indice dei vuoti e Per sabbia da molto sciolta a densa: e = 0,75 0,5 Per argille: e = 0,55 caolinite e = 0,75 montmorillonite CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
31 PERMEABILITA DEL TERRENO Il terreno è un insieme di particelle ricche di pori o interstizi interconnessi. L acqua, pertanto, può fluire attraversandoli. Il percorso è ovviamente abbastanza complesso, poiché l acqua deve di fatto superare una innumerevole quantità di ostacoli costituiti dalle particelle. Quindi, durante il processo si verranno a determinare perdite del carico idraulico (altezza piezometrica). Partendo dal Teorema di Bernoulli il carico idraulico totale H si ottiene da Energia potenziale Energia cinetica H = z + u/gw + v^2/2g con z altezza geometrica calcolata rispetto ad un piano di riferimento arbitrario, z = 0 u/gw altezza di pressione con u pressione dell acqua nel punto considerato e gw peso di volume dell acqua v^2/2g altezza di velocità con v velocità del flusso nel punto considerato e g accelerazione di gravità CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
32 I primi due termini rappresentano l energia di posizione o potenziale, mentre il terzo corrisponde all energia cinetica. Perché si determini un flusso è necessaria una differenza di carico idraulico: l acqua si muove da un punto a carico idraulico superiore ad uno a carico inferiore. La maggiore o minore facilità con cui si manifesterà il flusso dipende dalla granulometria del terreno: SABBIA: dimensioni granulometriche rilevanti dimensioni pori fra particelle elevate flusso acqua facile perdite di carico modeste ARGILLA: dimensioni granulometriche molto ridotte (m) pori piccolissimi difficoltà di circolazione dell acqua perdite di carico elevatissime CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
33 Il Coefficiente di permeabilità K di un terreno esprime la facilità con cui l acqua riesce a circolarvi: così, quanto più sono piccole le particelle tanto minore è K. A parità di granulometria un terreno maggiormente addensato è caratterizzato da un minor volume dei vuoti e quindi da una permeabilità minore. Inoltre, la forma e l orientamento delle particelle danno luogo ad orientamenti preferenziali e pertanto la permeabilità potrà cambiare notevolmente in funzione della direzione di flusso. Il Gradiente idraulico è la perdita di carico (altezza piezometrica) per unità di lunghezza I = Dh / L CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
34 Il flusso d acqua può essere di tipo laminare (quando le linee di corrente o le traiettorie delle gocce d acqua non interferiscono tra loro) o di tipo turbolento. In generale per lo studio delle filtrazioni nel terreno si usa il regime laminare, tranne che nel caso di grande permeabilità dei terreni o di flusso attraverso grandi fessure o di flusso in sistemi carsici. In regime laminare si può applicare la Legge di Darcy: v = k (Dh / L) = ki La velocità del flusso è proporzionale al gradiente idraulico Con k permeabilità espressa dal coefficiente di permeabilità v velocità media dell acqua attraverso una macrosezione di terreno CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
35 GRADIENTE IDRAULICO CRITICO ic Quando nel sottosuolo l acqua scorre verso il basso, il flusso trascina con sé le particelle del terreno e quindi la pressione effettiva aumenta; se l acqua fluisce verso l alto, l attrito tende a sollevare i granuli. La pressione effettiva si annulla in uno strato di sabbia, ad ogni profondità, quando il gradiente idraulico i * è pari a ic = g /gw Il gradiente idraulico critico rende la pressione di infiltrazione media pari al peso sommerso della sabbia. In una trincea spesso si notano particelle di sabbia in agitazione (ebollizione), quando l acqua contenuta nella sabbia circostante sale dal fondo sotto un gradiente idraulico critico > ic. Spesso tale fenomeno è confuso con le sabbie mobili. Ma anche le ghiaie possono subire tale evento. Per scongiurarlo è sufficiente disporre un filtro che con il suo peso aumenta la pressione effettiva e mantiene i grani di sabbia nello loro posizione iniziale. * Il gradiente idraulico i esprime la differenza di carico idraulico(altezza del livello piezometrico rispetto ad un piano di riferimento) tra due punti per unità di distanza in un sistema acquifero. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
36 Classificazione Geotecnica delle Terre Risponde all esigenza di: Una caratterizzazione quantitativa dei caratteri fisici e meccanici Una più facile utilizzazione delle esperienze A causa della grande varietà composizionale e granulometrica delle terre e della grande varietà di impieghi esistono diverse classificazioni basate su uno o più dei caratteri già esaminati. Non esiste un sistema che descriva una terra adeguatamente per tutti gli impieghi; di volta in volta si dovrà scegliere il sistema di classificazione più adatto a seconda dell applicazione. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
37 Classificazione Geotecnica delle Terre Le proprietà da usare per la classificazione devono essere indipendenti dalle condizioni di sollecitazione e da quelle ambientali la granulometria, principalmente per le terre a grana grossa, i limiti di Atterberg principalmente per le terre a grana fine. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
38 Classificazione Geotecnica delle Terre Con una stima della granulometria si può dare la denominazione AGI (Associazione Geotecnica Italiana) Il NOME è quello della frazione granulometrica dominante (Sabbia, Ghiaia, Limo, Argilla) CON precede la denominazione della frazione secondaria se compresa tra il 50% e il 25% - OSO (o -osa) se compresa tra il 15% e il 25% DEBOLMENTE.. OSO (o -osa) se compresa tra il 15% e il 5% Una terra costituita dal 70% di ghiaia e il 2O% di sabbia e il 10% di limo secondo questa convenzione sarebbe una ghiaia sabbiosa, debolmente limosa. Una terra con il 50% di sabbia, 30% di limo e il 20% di argilla sarà una sabbia con limo argillosa. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
39 Proprietà tecniche delle rocce Densità (massa/volume) Densità reale o peso specifico è il peso della parte solida sul volume, mentre la densità apparente è il peso totale della roccia (compresi i vuoti) sul volume. Il rapporto tra densità reale e densità assoluta (detto densità relativa) indica il grado di compattezza della roccia. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
40 Valori di densità apparente Tipo di roccia Graniti Gneiss-Ardesie Dioriti-Gabbri-Sieniti Pirosseniti Porfidi Tufo Trachiti Basalti Serpentiniti Pomici Calcare tenero Calcari compatti Travertino Dolomie Marmi Arenaria Conglomerato Densità apparente (kn/m 3 ) 25,5-29,0 25, ,5-30,0 33,0-34,0 24,5-27,0 11,0-23,0 24,0-28,0 27,5-31,0 26,0-27,5 5,0-11,0 11,0-24,0 24,0-27,5 22,0-25,0 23,0-28,5 27,0-27,5 18,0-27,0 22,0 CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
41 Peso dei materiali Pietrisco (diametro 3-6 cm) Quarziti - Arenarie Graniti-Porfidi-Serpentine-Calcari compatti Dioriti-Gabbri-Basalti Peso (kn/m 3 ) 12,5-13,5 13,0-14,0 14,0-15,0 Terreni Argilla secca soffice Argilla secca normale Argilla secca compressa Limo secco Sabbia secca Sabbia secca limosa Sabbia secca ghiaiosa Ghiaia asciutta Peso (kn/m 3 ) 8,0 11,0-13,0 16,0-19,0 13,5-15,0 14,0-16,0 16,0-21,0 20,0-22,0 18,0-20,0 CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
42 Proprietà tecniche delle rocce Porosità totale: Porosità efficace: Indice dei vuoti: Permeabilità [m/s]: è la proprietà che hanno i terreni di lasciarsi attraversare dall'acqua quando questa è sottoposta a un certo carico idraulico (esperimento di Darcy). CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
43 Porosità Totale Tipo di roccia Ghiaie Sabbie (1-2 mm) Sabbie fini (0.3-1 mm) Limi Argille Arenarie Argilloscisti Travertini Calcari compatti Tufi vulcanici Gneiss Graniti Basalti Serpentiniti Porosità (%) , , ,4-2 0,4-1,5 0,2-0,9 0,1-0,6 CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
44 Permeabilità delle rocce Tabella tratta da Scesi,Papini, Gattinoni Geologia Applicata CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
45 Descrizione di cantiere Le descrizioni di cantiere servono a una descrizione speditiva durante il prelievo di campioni superficiali o per stilare una prima stratigrafia di un sondaggio. Tutte le tecniche speditive per il riconoscimento delle litologie torneranno utili - talvolta si usano anche piccole attrezzature portatili (penetrometro tascabile, ecc.). CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
46 Descrizione di cantiere Da una breve manipolazione del campione si può ricavare l Indice di plasticità (Ip): Indice di plasticità inferiore a 20 - se modellato tra le dita si asciuga, Indice di plasticità maggiore di 20 - se con il modellamento non variano le sue caratteristiche plastiche e di contenuto d acqua. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
47 Descrizione di cantiere Con il penetrometro si ricava la coesione non drenata C u. Si può verificare se la consistenza è molle, semi-plastica, plastica o dura. Non è consigliabile per ricavare capacità portanti e carichi ammissibili per i quali è indispensabile l'utilizzo di prove di laboratorio. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
48 Descrizione di cantiere Per una valutazione della componente granulometrica fine il materiale può essere mescolato con acqua in una beuta. Il limo resta in sospensione qualche minuto; L argilla fino a un ora e più; Il materiale sedimentato sarà stratificato e ci darà un'idea della composizione granulometrica. Il colore biancastro della frazione fine può indicare la presenza di minerali del gruppo del caolino; il grigio scuro può denotare materiale organico, l azzurro - solfuro di ferro finemente disperso, il rossiccio - ossidazione superficiale, ecc.. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
49 Descrizione di cantiere Nel caso di un terreno secco si può valutare la sua composizione attraverso la coesione: Sabbie fini e Limi - si sgretolano facilmente quando sono schiacciati tra le dita; Argille con Limi - mostrano una maggiore resistenza; Argille - hanno una consistenza quasi lapidea, generalmente si rompono in frammenti non polverizzabili. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
50 Descrizione del terreno Elementi base, quindi, per la descrizione di un terreno sono: Litologia Granulometria Colore Arrotondamento Di seguito vengono mostrate le schede standard per il pozzo e per la descrizione stratigrafica CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
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53 Pozzi per Acqua IL Pozzo Idrico è uno scavo verticale in un mezzo acquifero eseguito meccanicamente, di diametro sino a qualche metro e il cui fine principale è il richiamo e l estrazione delle acque di una falda CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
54 Pozzi per Acqua Le tecniche di perforazione sono le stesse usate nell esplorazione geologica del sottosuolo e per le palificazione nell edilizia Attualmente i pozzi vengono scavati: 1. A percussione Adatto per tutti i terreni 2. Rotary 3. A rotopercussione Adatto per terreni molto compatti CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
55 Pozzi per Acqua Tassi di avanzamento in relazione ai più comuni metodi di perforazione in alcuni litotipi (tratto da Il manuale del Geologo di Casadio ed Elmi) CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
56 Fonti Ivan Callegari, Appunti del corso Geologia 2 Laurea I Livello in Geotecnologie AA 2007/2008. Eros Aiello, Appunti del Corso di Geotecnica e Geoingegneria, Laurea Specialistica in Geologia Applicata AA 2008/2009. Luigi Carmignani, Appunti del corso di Geologia Applicata Laurea di I Livello in Scienze Geologiche AA 2009/2010 L.Scesi, M.Papini, P.Gattinoni, Geologia Applicata, Casa Editrice Ambrosiana,2003. ANIPA, Regione Piemonte, Scheda Pozzi. CGT - Centro di GeoTecnologie 2010
57 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Meccanica Elettromeccanica Idraulica IDROGEOLOGIA 2
58 L'ACQUA... CGT Centro di GeoTecnologie 2010 CGT - Centro di GeoTecnologie 2010 Laboratorio di Idrogeologia Applicata e Ambientale 58
59 L'ACQUA... non può essere considerata un bene inesauribile, visto che la velocità con cui viene consumata è di gran lunga superiore a quella con la quale ritorna disponibile. è, perciò, solo apparentemente una risorsa rinnovabile, e, dato che che è indispensabile alla vita sul pianeta, deve essere gestita con estrema oculatezza. ha una qualità che influenza drasticamente le possibilità di uso antropico, mentre il suo ruolo geologico e le sue caratteristiche geochimiche la rendono intrinsecamente vulnerabile. CGT Centro di GeoTecnologie 2010 CGT - Centro di GeoTecnologie 2010 Laboratorio di Idrogeologia Applicata e Ambientale 59
60 Quanto bevono gli Italiani? Il consumo d acqua pro-capite in Italia è 267 l/giorno (terzi dopo gli Usa e il Canada!!!) Il consumo medio europeo è di l/giorno!!! L area più sprecona è: Il Nord-Ovest con 323 litri seguita da Centro con 275 Nord Est con 268 Isole con 235 Sud con 214 CGT Centro di GeoTecnologie
61 Dalla Sorgente al Rubinetto Prelevati 150 miliardi di metri cubi d acqua annuali Ovvero metri cubi pro capite per anno Che provengono da: 503 corpi idrici superficiali (20%) pozzi (38%) e sorgenti (42%) CGT Centro di GeoTecnologie
62 La circolazione dell acqua La circolazione dell acqua sulla superficie della Terra avviene attraverso cinque grandi serbatoi: Oceani (96.4%); Ghiacci (1.72%); Acque sotterranee (acquiferi + umidità del suolo: 1.73%); Acque superficiali continentali (0.0013%); Atmosfera (0.001%). CGT Centro di GeoTecnologie 2010 Laboratorio di Idrogeologia Applicata e Ambientale 62
63 Il Ciclo dell Acqua Ciclo oceanico Evaporazione (E)= Km 3 /anno Precipitazioni (P)= Km 3 /anno eccesso vapore Km 3 /anno Ciclo continentale Evapotraspirazione (ET)= Km 3 /anno Km 3 /anno Precipitazioni (P)= Km 3 /anno CGT Centro di GeoTecnologie
64 Il Ciclo dell Acqua Uno scambio di materia caratterizza il cosiddetto ciclo dell acqua, che include tutti i vari passaggi di materia, reazioni fra acqua e atmosfera, parte biotica ed infine terreno. Questo ciclo può essere diviso in diverse fasi, ognuna delle quali può essere caratterizzata da determinate condizioni d entrata e di uscita, ben definibili e ricostruibili. CGT Centro di GeoTecnologie
65 Il Ciclo dell Acqua Il ciclo dell acqua inizia quando essa è sotto forma di vapore acqueo sospeso nell atmosfera, che si condensa a causa di mutate condizioni ambientali. Nel vapore sono presenti azoto, ossigeno a anidride carbonica, presenti in forma disciolta. CGT Centro di GeoTecnologie
66 Il Ciclo dell Acqua Quando il vapore si condensa, in determinati casi può precipitare, portando l acqua verso il suolo CGT Centro di GeoTecnologie
67 Il Ciclo dell Acqua Acqua ritenuta: (i.e. in montagna) qui si ha la cessione di anidride carbonica al terreno, che arricchisce invece l acqua di bicarbonati di calcio e magnesio, oltre che di sodio. Si verifica inoltre il processo di ossidazione dei solfuri, che porta alla presenza di SO 4 disciolta. Inoltre l acqua appena caduta si può mescolare con quella già presente in loco, oltre ad arricchirsi di vari componenti solubili contenuti ad esempio nei sedimenti marini. CGT Centro di GeoTecnologie
68 Il Ciclo dell Acqua Essere non ritenuta: l acqua in questione è caduta su un suolo dove non sono presenti le condizioni ambientali necessarie per bloccarla nel posto come sopra, quindi, essa scorre e viene a contatto con varie componenti. Qui si ha l aggiunta di CO 2 che comporta la formazione di acido carbonico, che reagisce assieme ai minerali formando bicarbonati solubili. Inoltre si ha la precipitazione del ferro colloidale, di Al, di SiO 2 e di carbonati. CGT Centro di GeoTecnologie
69 Il Ciclo dell Acqua L acqua che invece si è trovata immediatamente a contatto con un suolo (secondo caso) può evaporare, mediante la evotraspirazione, o percolare in una falda sottostante. -Per evotraspirazione si intende traspirazione ed evaporazione di acqua a causa delle piante, che la assorbono per realizzare la fotosintesi. I minerali che erano disciolti nell acqua vengono in parte assorbiti dalle piante, come elementi essenziali per la loro sopravvivenza. -L acqua di falda invece è l acqua che è percolata nel sottosuolo e si ritrova a contatto per un periodo di tempo variabile con la struttura sottostante. Qui si può avere una riduzione di solfati da parte di batteri anaerobi, una sostituzione di bicarbonato da parte di solfati, o uno scambio di base. CGT Centro di GeoTecnologie
70 Il Ciclo dell Acqua L acqua a questo punto può risalire in superficie, cioè mediante le sorgenti, e subire un destino analogo a quanto sopra descritto per le acque che sono state ritenute. CGT Centro di GeoTecnologie
71 Il Ciclo dell Acqua Ecco quindi riassunto il ciclo dell acqua: poche parole per fissare concetti importanti. CGT Centro di GeoTecnologie
72 Il Ciclo dell Acqua TIPI D ACQUA % sul TOTALE % delle Acque Dolci Salate 95 Dolci 5 ghiacciai 4 80 Liquide 1 20 Dolci liquide sotterranee 0,99 19,7 Laghi 0,010 0,20 Suolo 0,002 0,04 Fiumi 0,001 0,02 Atmosferiche 0,001 0,02 Biologiche 0,0005 0,001 CGT Centro di GeoTecnologie
73 Equilibrio tra ciclo continentale e oceanico L'equilibrio tra il ciclo continentale e quello oceanico è stabilito da: Deflusso totale naturale medio (QT) e dal Deflusso nascosto di acque sotterranee Il motore per il movimento dell acqua è dato da: calore solare (la trasformazione in vapore assorbe 1/5 dell energia solare che irradia l alta atmosfera) e dalla forza di gravità CGT Centro di GeoTecnologie
74 Bacino Idrogeologico Per l idrogeologia è necessario definire univocamente gli spazi e le quantità coinvolte nel ciclo idrologico. Identificazione spaziale dei sistemi idrologici per la parte superficiale e sotterranea del ciclo: In natura si possono riconoscere tre domini di spazi interdipendenti. Il bacino idrologico; Il bacino idrogeologico; L'acquifero con la sua falda idrica sotterranea. CGT Centro di GeoTecnologie
75 Bacino Idrogeologico Si distinguono due domini di spazio interdipendenti, ciascuno dei quali individua un sistema idrologico: BACINO IDROLOGICO: è circoscritto da linee di creste topografiche che seguono le sommità dei rilievi (identificando la linea di displuvio o spartiacque superficiale) che delimitano il bacino di raccolta (o collettore) di un corso d acque e dei suoi affluenti (Corrisponde al BACINO IDROGRAFICO). CGT Centro di GeoTecnologie
76 Bacino Idrogeologico Il BACINO IDROGEOLOGICO è la frazione dello spazio del bacino idrologico situata sotto la superficie del suolo ed è il dominio delle acque sotterranee. I suoi limiti sono imposti dalla struttura idrogeologica. I limiti fisici del bacino idrogeologico sono imposti dalla struttura geologica o dalla presenza di spartiacque sotterranei. La coincidenza sul piano verticale dei limiti dei due bacini può essere buona ma anche parziale, dipende delle litologie e dalla struttura geologica dell area. Notare la diversità tra i bacini idrogeologici A, B, C, D, E e quelli idrologici CGT Centro di GeoTecnologie
77 Bacino Idrogeologico In un sistema idrologico si può avere non corrispondenza tra spartiacque superficiale e spartiacque sotterraneo. Nella figura di sinistra un alto strutturale a bassa permeabilità relativa genera inversione del rilievo e separa il flusso. A destra lo spartiacque sotterraneo coincide con il limite di struttura. CGT Centro di GeoTecnologie
78 Riserva e Risorsa idrica Riserva: volume d'acqua gravifica contenuta, ad una certa data o immagazzinata nel corso di un periodo medio annuale, in un sistema idrologico; volume d acqua non rinnovabile. Risorsa: volume d'acqua che può essere estratto da un dominio circoscritto, durante un periodo dato, tenuto conto di criteri e vincoli fisico-tecnici, socio-economici, ambientali e politici ben definiti; volume d acqua rinnovabile. CGT Centro di GeoTecnologie
79 Distribuzione e movimento dell acqua sotterranea L acqua proveniente dalle precipitazioni o dai bacini superficiali, si accumula nei pori e fessure del terreno e costituisce la falda freatica. Nella falda tutti i pori sono riempiti di acqua (zona di saturazione), al di sopra essi sono solo in parte saturi (zona di aerazione). Nelle zone umide la profondità della falda dalla superficie è di pochi metri, in quelle aride anche decine. In genere l andamento della parte superiore della falda (tavola d acqua) segue, addolcendole, le variazioni di pendenza della superficie topografica. Le acque connate sono situate ad elevata profondità, hanno alto contenuto in sali e derivano solo in parte da acque meteoriche. Un terreno permeabile e contenente acqua costituisce un acquifero. I più comuni e produttivi sono all interno di formazioni in sabbia, ghiaia, arenaria, calcare e dolomia. CGT Centro di GeoTecnologie
80 Distribuzione e movimento dell acqua sotterranea A) granuli ben assortiti con alta porosità generale; B) granuli poco assortiti con bassa porosità; C) granuli ben assortiti costituiti da elementi porosi (es.: arenacei); D) granuli ben assortiti la cui porosità è ridotta a causa del cemento; E) roccia porosa per dissoluzione carsica) F: roccia porosa per fratturazione CGT Centro di GeoTecnologie
81 Relazione tra curve granulometriche e sedimenti Ghiaia e sabbia Silt e argilla Sabbia e silt Sabbia e ghiaia Questo grafico ottenuto integrando i dati di numerose analisi. Esiste una relazione tra la permeabilità, la dimensione dei grani e la gamma di diametri presenti nel campione (uniformità). Altre caratteristiche che influenzano la permeabilità sono la forma degli elementi, il loro grado di compattazione, il volume dei vuoti comunicanti (porosità efficace). CGT Centro di GeoTecnologie
82 Acquifero Acquifero strato o formazione geologica che permette la circolazione idrica al suo interno, attraverso pori o fessure, costituisce la formazione produttiva Acquiclude strato o formazione geologica che contiene acqua al suo interno che non è in grado di scorrere (non interessante dal punto di vista dell utilizzazione) Acquitardo strato o formazione geologica che pur contenendo notevoli quantità d acqua ha una bassa permeabilità che non ne permette l utilizzo, 82 ma che in certe situazioni consente la ricarica di altri acquiferi CGT Centro di GeoTecnologie 2010
83 Acquifero CGT Centro di GeoTecnologie
84 Acquifero CGT Centro di GeoTecnologie
85 Acquifero Acquifer o freatico Acquifero semiconfinato Acquifero confinato Gli acquiferi sono costituiti da una parte, un gruppo o una sola formazione di terreno sciolto o roccioso, saturo e permeabile ed in grado di fornire una quantità d acqua sufficiente per un pozzo od una sorgente. I più produttivi e costanti come portata sono in materiale sciolto, permeabili per porosità, seguono quindi quelli carsici, permeabili per fratturazione e carsismo e quelli fratturati in generale CGT Centro di GeoTecnologie
86 Proprietà degli Acquiferi Trasmissività e Coefficiente di Immagazzinamento sono parametri idrodinamici e sono fondamentali per ladescrizione delle caratteristiche di un acquifero. Sono calcolati nelle prove di pompaggio a partire dalle misure di portata, tempo e relativi abbassamenti. Coefficiente di Trasmissività T [L 2 /T] esprime la capacità di un acquifero di trasferire influenze attraverso una sezione unitaria del serbatoio, con larghezza unitaria, ed avente un altezza pari allo spessore della zona di saturazione, per un gradiente idraulico unitario. È un concetto nel quale si assume che il flusso sia orizzontale. È uguale al prodotto tra la conducibilità idraulica e lo spessore saturo dell acquifero. CGT Centro di GeoTecnologie
87 Proprietà degli Acquiferi T = Ke per falde confinate T = KB per falde libere T = trasmissività (L 2 /T) K = conducibilità idraulica (L/T) e = spessore dell acquifero confinato (L) B = spessore saturo dell acquifero libero (L) In un sistema multistrato la trasmissività è data dalla somma delle trasmissività di ogni singolo strato: CGT Centro di GeoTecnologie
88 Proprietà degli Acquiferi Se il carico in un acquifero libero o confinato varia, l acqua sarà immagazzinata o espulsa. Coefficiente di Immagazzinamento S [L 2 /T] È adimensionale, rappresenta il volume di acqua immagazzinata o liberata dallo stoccaggio, attraverso un prisma verticale dell acquifero di sezione unitaria ed altezza pari allo spessore totale dell acquifero, per variazione unitaria del carico idraulico. In un acquifero non confinato l immagazzinamento è dato dalla formula: S= S y +BS s S y è generalmente ordini di grandezza maggiore di BS s. L immagazzinamento in un acquifero freatico varia normalmente tra 0.02 e CGT Centro di GeoTecnologie
89 Proprietà degli Acquiferi Estraendo acqua da un acquifero confinato si diminuisce la pressione Nonostante la superficie potenziometrica declini l acquifero rimane saturo. Da dove viene l acqua liberata? Il volume di acqua liberato dall immagazzinamento è dovuto alla diminuzione della pressione ed è formato da due componenti: 1) diminuendo la pressione, il liquido si decomprime dando luogo ad un aumento di volume (legato alla compressibilità dell acqua), volume che viene così liberato; 2) l altra parte è espulsa per diminuzione delle dimensioni dei pori (non più soggetti alla maggiore pressione) e conseguente compattazione dei grani, ovvero per compressione della matrice solida. Valori tipici di S in acquiferi confinati sono minori di CGT Centro di GeoTecnologie
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