Geotecnica - Idraulica dei terreni

Idraulica dei terreni

L'acqua che tocca il terreno si infiltra nel sottosuolo. Lì riempie i vuoti del terreno e le fessure delle rocce.

Nel terreno ci sono 4 zone a differente profondità e grado di saturazione. In ciascuna zona l'acqua si trova in condizioni diverse:

Zona vadose

Zona di evapo-traspirazione

L'acqua è in parte trattenuta, ma la maggior parte è assorbita dalle radici delle piante.

Zona di ritenzione

L'acqua rimane aderente ai granuli, immobile, detta "di Ritenzione" (adsorbita + capillare).

Frangia capillare

C'è acqua capillare che, per effetto delle tensioni superficiali, è lì.

Idraulica dei terreni

L'acqua che tocca il terreno si infiltra nel sottosuolo. Lì riempie i vuoti del terreno e le fessure delle rocce.

Nel terreno ci sono 4 zone a differente profondità e grado di saturazione. In ciascuna zona l'acqua si trova in condizioni diverse:

Zona di evapo-traspirazione

L'acqua è in parte trattenuta, ma la maggior parte è assorbita dalle radici delle piante.

Zona di ritenzione

L'acqua rimane aderente ai granuli, immobile, detta "di Ritenzione" (adsorbita + capillare).

Frangia capillare

C'è acqua capillare che, per effetto delle tensioni superficiali, è lì.

Sospesa nei vuoti

Zona di falda (acquifero)

La zona di falda è completamente satura.

La zona vadosa ha un _St maggiore più si va in profondità.

La pressione dell'acqua è inferiore a quella atmosferica. (Ma per convenzione è Ø)

La presenza di strati a differente permeabilità determina diversi tipi di falda:

• Falda freatica: inferiormente c'è terreno che non permette il passaggio di acqua. Superiormente c'è la "superficie freatica" dove l'acqua si trova a pressione atmosferica, come se ci fosse un serbatoio aperto. (Se inserisco un piezometro nella falda, il livello statico dell'acqua nel tubo è quello della superficie freatica)
• Falda sospesa: stessa cosa, ma inferiormente lo strato è meno esteso.
• Falda artesiana: l'acqua di una falda freatica è incanalata fra 2 strati impermeabili. L'acqua dentro lo strato permeabile è come dentro un tubo in pressione e quindi la

Pressione è maggiore di quella atmosferica. (Se inseriamo un piezometro, l'acqua salirà oltre la superficie superiore della falda)

Carico totale e piezometrico: il gradiente idraulico

L'acqua può essere in quiete o in moto. Se è in moto, esso può essere:

• Stazionario (o permanente): la quantità di acqua che entra in un elemento di terreno è pari a quella che esce —> filtrazione.
• Vario: il moto varia nel tempo.

Filtrazione: essa avviene tra 2 punti a diversa energia, ovvero da un punto 1 a un punto 2, t.c. E₁ e E₂.

In ogni punto, la sua energia è data da:

• E_C: dipende dalla velocità del fluido.
• E_P: dipende dalla posizione del punto nel campo gravitazionale e dalla pressione del fluido.

Entrambe sono espresse in termini di carico (o altezza), che è l'energia per unità di peso del liquido.

Definiamo:

Carico totale H = z + _u/_γw + ^v²/_2g

Carico piezometrico h = z + _u/_γw

Dove:

• Z: Altezza geometrica del punto.
• u/γw: Altezza di pressione (altezza di risalita del punto).
• v²/2g: Altezza di velocità (dovuta alla velocità delle particelle del fluido). È quasi sempre trascurabile.

In virtù del Teorema di Bernoulli, un fluido perfetto, incomprimibile, in moto permanente, soggetto solo alla gravità, ha H costante mentre scorre.

Se inserisco del terreno permeabile in un tubo da fluido, in una zona controllata da 2 piezometri, osservo che: l'acqua risale a quote diverse.

Questo vuol dire che tra i 2 punti di osservazione c'è stata una perdita di carico; ovvero il flusso dell'acqua nel terreno deve vincere la resistenza del terreno al moto.

Essendo V²/2G trascurabile, il carico piezometrico può rappresentare l'energia totale. C'è stato un Δr!i = Δh/L.

Gradiente idraulico

Esso è la "perdita di carico per unità di lunghezza del percorso".

Disegno: ZaUb/YwHbZaHaZbZbZ=0Legg