Concetti Chiave
- I terreni porosi contengono pori riempiti di aria o acqua, con comportamenti meccanici e idraulici complessi che variano a seconda della saturazione.
- Il fenomeno di risalita capillare è influenzato dai menischi e dalla dimensione dei tubi, determinando l'altezza massima di risalita dell'acqua.
- L'equilibrio alla traslazione verticale dipende dalla pressione dei fluidi in contatto con il menisco, con implicazioni sulla suzione nei terreni a grana fine.
- Nei terreni non saturi, la pressione neutra è negativa, indicando che la pressione assoluta è inferiore a quella atmosferica.
- I terreni a grana grossa perdono acqua più rapidamente e presentano un contenuto d'acqua inferiore rispetto ai terreni a grana fine, influenzando la curva caratteristica del terreno.
Indice
Caratteristiche del terreno poroso
Un terreno, a differenza di un qualsiasi mezzo continuo, presenta dei pori che possono essere riempiti da aria o acqua a differenza delle condizioni di saturazione del mezzo poroso stesso, con importanti cambiamenti e conseguenze sul comportamento meccanico che il materiale può assumere anche in razione ai carichi applicati.
La condizione di parziale saturazione rende più complesso il comportamento idraulico e meccanico rispetto alla condizione di terreno saturo, ad esempio non vale il principio delle tensioni efficaci. L'aria che si trova nei pori è situata all'interno di sacche delimitate da particelle solide e da menischi, capaci di sostenere una tensione. Ecco perché è possibile distinguere la pressione dell'aria dalla pressione dell'acqua. La differenza tra le due pressioni è detta suzione di matrice, la differenza tra la tensione e la pressione dell'aria nei pori è detta tensione netta.
Fenomeno di risalita capillare
L’azione dei menischi rende possibile il fenomeno di risalita capillare nei menischi e nei tubi di piccolo diametro. La colonna d'acqua del tubo capillare delimita la parte inferiore del pelo libero a pressione atmosferica e al di sopra di essa dell'aria. Il peso della colonna è sostenuto dal menisco che lo trasferisce alle pareti del tubo attraverso le forze di adesione. La massima altezza di risalita capillare dipende dal raggio del tubo, e il fenomeno può essere quantizzato attraverso la scrittura dell'equilibrio alla traslazione verticale.
Equilibrio alla traslazione verticale
Prendiamo un menisco che include una bolla d'aria e che si aggrappi attraverso le bolle di adesione alle particelle solide limitrofe. Si può scrivere l'equilibrio alla traslazione verticale riferendosi alla pressione dei fluidi a diretto contatto col menisco. La soluzione agente nell'acqua a contatto col menisco è calcolata tramite la scrittura di tale equazione, dove abbiamo la risultante della pressione dell'aria agente al di sopra del menisco, della pressione dell'acqua agente al di sotto e dello sforzo membrana alle lungo il perimetro. Il menisco non può quindi sostenere nessuna suzione a causa della curvatura nulla, quindi la suzione sostenibile è inversamente proporzionale alla dimensione dei pori, pertanto nei terreni a grana fine può essere molto elevata.
Pressione nei terreni non saturi
In un terreno non saturo la pressione neutra (riferita a Patm) è negativa, ovvero la pressione assoluta è minore di quella atmosferica, e il pelo libero della falda è il luogo dei punti in cui è nulla la pressione neutra.
I terreni a grana grossa perdono acqua più rapidamente dei terreni a grana fine, ovvero a parità di suzione sono caratterizzati da un contenuto d'acqua minore. La curva caratteristica dipende inoltre dalla granulometria del terreno. Per soluzioni modeste il terreno è completamente saturo, fino al punto di ingresso di aria, mentre per suzioni maggiori il grado di saturazione diminuisce fino alle condizioni residue.
Domande da interrogazione
- Quali sono le principali caratteristiche del terreno poroso?
- Come avviene il fenomeno di risalita capillare?
- Qual è l'importanza dell'equilibrio alla traslazione verticale nei terreni?
- Quali sono le caratteristiche della pressione nei terreni non saturi?
Un terreno poroso presenta pori che possono essere riempiti da aria o acqua, influenzando il comportamento meccanico e idraulico. La condizione di parziale saturazione complica ulteriormente questo comportamento, poiché non si applica il principio delle tensioni efficaci (Caratteristiche del terreno poroso).
La risalita capillare è possibile grazie all'azione dei menischi nei tubi di piccolo diametro, dove la colonna d'acqua è sostenuta dal menisco che trasferisce il peso alle pareti del tubo attraverso forze di adesione. L'altezza massima di risalita dipende dal raggio del tubo (Fenomeno di risalita capillare).
L'equilibrio alla traslazione verticale è fondamentale per comprendere la pressione dei fluidi a contatto con il menisco. La suzione sostenibile è inversamente proporzionale alla dimensione dei pori, rendendo i terreni a grana fine capaci di sostenere suzioni elevate (Equilibrio alla traslazione verticale).
Nei terreni non saturi, la pressione neutra è negativa, il che significa che la pressione assoluta è inferiore a quella atmosferica. Il pelo libero della falda rappresenta i punti in cui la pressione neutra è nulla (Pressione nei terreni non saturi).
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