Concetti Chiave
- I terreni parzialmente saturi presentano pori riempiti da aria e acqua, influenzando il comportamento meccanico e idraulico rispetto ai terreni saturi.
- La suzione di matrice, differenza tra pressione dell'aria e dell'acqua nei pori, è un concetto chiave nei terreni non saturi.
- La risalita capillare è possibile grazie ai menischi nei tubi di piccolo diametro, con la massima altezza dipendente dal raggio del tubo.
- Nei terreni a grana fine, la suzione sostenibile è inversamente proporzionale alla dimensione dei pori, influenzando la pressione neutra.
- La granulometria del terreno influenza la curva caratteristica, determinando il contenuto d'acqua e il grado di saturazione.
Meccanica dei terreni parzialmente saturi
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.
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.
Suzione
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.
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
- Qual è l'importanza della saturazione parziale nei terreni?
- Come avviene il fenomeno della risalita capillare nei terreni?
- Che ruolo gioca la suzione nei terreni a grana fine?
- In che modo la granulometria del terreno influisce sulla curva caratteristica?
La saturazione parziale nei terreni influisce sul comportamento meccanico e idraulico del terreno, rendendolo più complesso rispetto a un terreno saturo. La presenza di aria nei pori e la suzione di matrice sono fattori chiave.
La risalita capillare avviene grazie ai menischi che sostengono la colonna d'acqua nei tubi capillari. La massima altezza di risalita dipende dal raggio del tubo e si basa sull'equilibrio delle forze di adesione.
Nei terreni a grana fine, la suzione sostenibile è elevata a causa della dimensione ridotta dei pori. La suzione è inversamente proporzionale alla dimensione dei pori e influisce sulla pressione neutra del terreno.
La granulometria del terreno determina la curva caratteristica, influenzando il contenuto d'acqua e il grado di saturazione. I terreni a grana grossa perdono acqua più rapidamente rispetto a quelli a grana fine.
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