Il terreno insaturo. La suzione. Suzione di matrice. Suzione osmotica. La fase liquida. La fase vapore

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1 Il teeno insatuo E denominata zona insatua quella pate di matice solida del teeno occupata sia dall acqua, allo stato liquido e di vapoe, che dall aia. Lo spessoe di tale zona è misuato dal piano di campagna alla supeficie libea della falda, sulla quale la pessione elativa dell acqua è nulla. Nella zona insatua le pessioni intestiziali sono quindi negative, minoi cioè della pessione atmosfeica e sono legate alla suzione La suzione La suzione di un teeno insatuo è la sua capacità di ichiamae acqua il cui tasfeimento può avvenie attaveso La fase liquida Suzione di matice La fase vapoe Suzione osmotica

2 La suzione di matice Nei teeni sabbiosi e limosi la suzione nel teeno è dovuta pincipalmente alla sua componente di matice, che è fondamentalmente di natua capillae. Si definisce altezza di isalita capillae l altezza a cui si attesta l acqua all inteno di un tubicino immeso in un ecipiente colmo d acqua. h = 2 λ σ La deteminazione quantitativa della isalita capillae si complica notevolmente quando siamo in pesenza dei meati di una matice poosa, ma le consideazioni qualitative non cambiano, la suzione è elevata in teeni a gana fine. Misue della suzione Diette: tensiometi Indiette: cuve di itenzione

3 Popietà idologiche del teeno insatuo Cuve di itenzione: Θ ψ Cuve di conducibilità idaulica: Κ Θ Fomulazioni teoiche di letteatua Books & Coey θ θ ψ b = θs θ ψ λ Books & Coey (1964) ψ s 2+ 3λ K = Ks ( ) ψ Van Genuchten Van Genuchten (1980) 2 θ θ 1 = n θs θ 1 + ( α ψ ) m 1/2 1/ m m θ θ θ θ K( θ ) = Ks 1 1 θs θ θs θ I paameti dei modelli vengono valutati o secondo suggeimenti di letteatua (USDA) (ASCE) o utilizzando le PTF

4 Popietà idologiche del teeno insatuo Cuve di itenzione: Θ ψ Cuve di conducibilità idaulica: Κ Θ

5 Compotamento del teeno insatuo Tadizionalmente i poblemi di geotecnica venivano affontati schematizzando il teeno come un mezzo bifase, ma molto spesso esso è in condizioni di paziale satuazione e i modelli classici non iescono a intepetane il compotamento. Mezzo satuo Pincipio degli sfozi efficaci Tezaghi (1923): Legge che govena le inteazioni ta scheleto solido e fluido intestiziale Citeio di ottua di Moh-Coulomb: Mezzo insatuo Il compotamento ido-meccanico del teeno insatuo può essee modellato mediante te mezzi continui e sovapposti inteagenti ta loo e la sua isposta dipende dalla ipatizione dello sfozo ta le fasi: solida, liquida e gassosa. Appoccio monotensioale: Bishop (1959) σ ' ( σ ua) χ ( ua uw) = + ( ) ( ) Appoccio bitensioale: Fedlund et al. (1978) τ = c' + σ ua + χ ua uw tan φ' σ ' = σ u τ = c ' + σ ' tan φ'

6 Inviluppo di ottua pe il teeno insatuo (Fedlund, 1982) τ = c' + ( ua uw) tan φb + ( σ ua) tan φ' ( u u ) a w γ w Suzione di matice = ψ Coesione appaente Pessione netta Angolo di attito insatuo 0 φ b φ ' c a = ψ γ w tan φb τ = c' + ca + ( σ ua) tan φ' SUZIONE = CONTRIBUTO RESISTENTE Legato alle condizioni di paziale satuazione Quando il teeno si satua questo contibuto si annulla

7 Effetti delle pecipitazioni sulla stabilità dei pendii ZONA SATURA Innalzamento del livello di falda, con un ceto itado ispetto all evento meteoico ZONA INSATURA Aumento del contenuto d acqua e quindi del gado di satuazione, iduzione suzione RIDUZIONE DI RESISTENZA Poosità n Vv / Vt Contenuto d'acqua q Vwt / Vt Gado di satuazione S q / n Le vaiazioni di θ e u sono molto macate nella zona di teeno supeficiale, vicino al piano di campagna e diminuiscono con l aumentae della pofondità

8 EVENTO DI PIOGGIA VARIAZIONI DEL CONTENUTO D ACQUA E DELLE PRESSIONI = ANALISI IDROLOGICA INFILTRAZIONE + RIDUZIONE DI = RESISTENZA ANALISI GEOTECNICA

9 ANALISI GEOTECNICA Stabilità dei pendii: metodi all equilibio limite F Modello del pendio indefinito Supeficie di scoimento piana e paallela al piano di campagna Semplicità computazionale, ma impossibilità di cogliee la eale ottua del teeno e l appofondimento gaduale del fonte umido s = l l τ τ dl dl Metodi che pevedono la suddivisione del pendio in un numeo finito di conci: Janbu Bishop Supeficie di scoimento cuvilinea Entambi i metodi devono essee coetti pe essee applicati a supefici di scoimento che inteessano il teeno insatuo

10 Modello del pendio indefinito Metodi a conci Appoccio classico FS = c γ z u i ϕ 2 ' + ( t w) cos tan ' γ t z sin i cos i Teeno insatuo FS = c γ z i ϕ ψ γ ϕ 2 ' + t cos tan ' + ( ) w tan b γ t z sin i cos i Temine aggiuntivo pe tenee conto del contibuto della suzione nella zona insatua Si adattano meglio alla mofologia e alla statigafia del teeno e alla posizione della supeficie piezometica Possibilità di tenee conto delle foze di iteazione ta i conci e di definie concio pe concio i paameti di esistenza Anche i metodi a conci devon essee coetti pe essee applicati alla zona insatua

11 ANALISI IDROLOGICA Infiltazione Il moto dell acqua nella zona insatua, deteminato da un evento di pecipitazione, pende il nome di pocesso di infiltazione, esso viene influenzato dalla tipologia della matice solida e dal contenuto idico del sistema L analisi del campo di moto in condizioni di paziale satuazione fa ifeimento allo schema classico di Richads in ipotesi di flusso monodimensionale: θ K D ( θ ) θ = t z z z D( θ) = K( θ) ψ θ effetto diffusivo + effetto gavitativo L equazione assume caattee non lineae pe effetto delle elazioni fisiche ta popietà idauliche e θ, si conoscono soluzioni analitiche in foma chiusa solo in casi paticolai, si lavoa nel campo dei metodi numeici pe pote usae l appoccio di Richads nei modelli patici

12 Un modello numeico pe l integazione dell equazione di Richads Messo a punto dall Ing.Codano (DIAM). Il dominio spazio-tempoale è stato discetizzato tamite un metodo alle diffeenze finite icavando una foma disceta pe l equazione di Richads e le sue condizioni al contono INPUT OUTPUT Evento di pioggia Caatteistiche geotecniche ed idologiche del teeno Paameti dei modelli usati pe la stima di cuve di itenzione e conducibilità Ψ (z,t) Bilancio idologico ed eoe di chiusua Fs (z,t) pendio indefinito