Meccanica dei terreni parzialmente saturi

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.