Geologia, II esonero - Teoria

GEOLOGIA (II semestre)

IDROGEOLOGIA

si occupa della distribuzione e dei movimenti delle acque nel sottosuolo.

L’IDROGEOLOGIA APPLICATA comprende:

1. lo studio delle acque sotterranee come risorsa primaria rinnovabile
2. la quantificazione e la definizione della qualità di esse in una data territoriale e l’individuazione di diverse interazioni idrochimiche
3. le ricerche relative all’immagazzinamento e l’abbassamento quantitativo
4. la necessità di protezione e arricchimento
5. la compromissione delle diverse interazioni che ne vengono a creare tra acque del sottosuolo e le opere d’ingegneria e la progettazione dei relativi interventi preventivi e bonificatori

ACQUE SOTTERRANEE

si organizzano in corpi idrici, distribuiti in rocce acquifere, aventi caratteristiche differenti a seconda della natura dei terreni entro cui vengono.

• ROCCE CRISTALLINE E SEDIMENTARIE (non soggette a fenomeni carsici), le acque circolano prevalentemente lungo fratture e discontinuità.
• ROCCE SEDIMENTARIE (interessate da dissoluzione carsica), le acque scorrono non solo lungo le fratture ma anche all’interno di cavità e condotti.
• TERRE SCIOLTE, le acque vanno a riempire i vuoti presenti tra un granulo e l’altro.

le acque che si trovano nel sottosuolo provengono:

• dalle precipitazioni atmosferiche
• dallo scioglimento del mantello nevoso
• dalle perdite dai corpi idrici superficiali

AQUIFERO

L’acquifero è la parte di un corpo roccioso sede di un’effettiva e significativa dinamica della risorsa idrica sotterranea. In un’ottica complesso roccia-acqua, l’acquifero è costituito da zone sature di un sistema acquifero; in un ottica praticata, esso è l’obbiettivo tecnico: rammassimento di masse rocciose altamente permeabili e dotate di elevato immagazzinamento idrico.

FALDA IDRICA

nome idrico che imbibisce l'acquifero sotterraneo e infine, che defluisce liberamente nello stesso acquifero.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELLE ACQUE SOTTERRANEE

DENSITÀ: dipende dal contenuto di sali presenti nelle acque. In condizioni normali di pressione e temperatura risulta uguale a ɣ/g/cm³ (1 t/m³) (10 KN/m³).Le acque marine hanno densità superiore (1,025 g/cm³) per il loro contenuto in sali pari a 35g/l, mentre nelle acque sotterranee vi è una grande varietà di pesi specifici.

VISCOSITÀ: proprietà che dipende dai sali presenti nelle acque e soprattutto dalla temperatura. Misura la resistenza del fluido a scorrimento.In condizioni di bassa salinità e a temperatura ambiente la viscosità è circa 1 mm²/s, mentre nelle acque marine e in alcuni fluidi è molto superiore e ne rallenta i moti di filtrazione.

All'interno di una roccia possiamo trovare la presenza di un VUOTO, detto anche MEATO, INTERSTIZIO o PORO, cioè uno spazio esistente all'interno della massa rocciosa non occupato da materiale solido.La presenza di vuoti nelle rocce è molto importante, poiché questi pori sono occupati da acque di diverso tipo e soggette a diversi tipi di forze. In virtù di tali forze, l'acqua si individua in una parte immobile e in una parte che è libera di muoversi.

Tipi di vuoti:

• VUOTI PRIMARI: i vuoti sono preesistenti, cioè contemporanei alla formazione della roccia.
• VUOTI SECONDARI: vuoti acquisiti dalle rocce dopo la loro formazione (fessurazioni, erosione, processi di alterazioni delle rocce).

L'acqua nelle rocce può trovarsi in 4 tipi:

1. ACQUA IGROSCOPICA: acqua che si fissa nei micropori e nelle irregolarità. Ha una penetrazione dell'ordine di 0,1 micron ed il suo volume è inversamente proporzionale alla granulosità. L’acqua igroscopica, tipo può essere disueta, non può essere eliminata.
2. ACQUA PELLICOLARE: acqua che, a causa dei fenomeni di adesione si forma intorno a ciascun granulo a formare un film di acqua pellicolare. Ha uno spessore di 1 o 2 micron. Si penetra difficilmente e il volume è inversamente proporzionale alla granulosità ed ridotta di mining.
3. ACQUA CAPILLARE: acqua che, a causa dei fenomeni di capillarità e attrazione, si fissa negli spazi intergranulari stretti. Può essere sospesa o continua.

LA PERMEABILITÀ delle ROCCE

La permeabilità rappresenta il principale parametro idrogeologico degli acquiferi, nei pori che li formano.

La PERMEABILITÀ rappresenta l'attitudine della roccia a lasciarsi attraversare da un fluido (ed in particolare dall'acqua) sotto l'azione di un gradiente idraulico. È una caratteristica dimensiva:

1. PERMEABILITÀ ASSOLUTA (o di Darcy), esprimibile mediante il coefficiente di permeabilità (m/s)
2. PERMEABILITÀ INTRINSECA (tessitura), esprimibile in m²
3. PERMEABILITÀ RELATIVA, esprimibile mediante il grado di permeabilità ed è riferita a complessi idrogeologici

PERMEABILITÀ INTRINSECA (detta anche permeabilità geometrica)

È una proprietà che dipende dalla costituente della roccia stessa ed è indipendente dalle caratteristiche del fluido che l'attraversa. (m²)

COEFFICIENTE di PERMEABILITÀ (detto anche conducibilità idraulica)

K e ha le dimensioni di una velocità (m/s).

K = (k·μ(T)) / δ

k = permeabilità intrinseca μ = viscosità dell'acqua δ = peso specifico dell'acqua

Nelle condizioni normali di temperatura e di giacitura dell'acqua negli acquiferi, T, δ, μ variano in maniera trascurabile, e si calcola che possa considerare K = k

PER QUANTO CONCERNE ALLA PERMEABILITÀ DELLE ROCCE VENGONO EFFETTUATE PROVE IN LABORATORIO O IN SITU

PERMEABILITÀ negli AMMASSI ROCCIOSI

Negli ammassi rocciosi la circolazione idrica sotterranea avviene attraverso un network di vuoti unidimensionali e discontinui e si determina un 'orientazione del deflusso idrico maggiore se confrontato alla roccia sciolta.

Quindi si perviene per prima alla rete fratturata che nella roccia sciolta. In una roccia formata, la direzione del deflusso idrico è condizionata dal gradiente idraulico, dalla distribuzione della permeabilità e dai caratteri geologici e tecnici delle discontinuità (orientazione, apertura, porosità, ecc.).

LEGGE di DARCY

Nel 1856 Darcy enunciò una delle più importanti leggi dell'idrogeologia.In particolare, riferendosi ad un acquifero poroso, omogeneo ed isotropo ed a un moto continuo e permanente in regime laminare, Darcy enunciò che:

la portata idrica (Q) {afferente attraverso una sezione retta dell'acquifero (A) è uguale al gradiente idraulico (i) secondo un coefficiente di proporzionalità (K) legato alla natura del terreno attraversato (caratteristica idrogeologica dell'acquifero).

Q = KA_i = KA ∙ (H - h)/L

VELOCITÀ di FILTRAZIONE APPARENTE

velocità teorica, velocità media dell'acqua pompata in un determinato tratto.V_a = Q/A = Ki * A/A → V_a = Ki

VELOCITÀ di FILTRAZIONE REALE (effettiva)

velocità che tiene conto solo degli spazi intergranulari effettivamente disponibili e quindi della porosità utile.V_r = V_a/n_u = Ki/n_u

LA LEGGE di DARCY È APPLICABILE IN UN MEZZO POROSO E CONTINUO, I CUI VUOTI NON SIANO TROPPO GRANDI, IN MODO DA NON FAVORIRE IL REGIME TURBOLENTO.

La gran parte dei deflussi sotterranei avviene in condizione laminare, dove la legge di Darcy è applicabile. Essa non è più valida per quei terreni fini (argille), in cui si generano condizioni di deflusso pressoché nulli e quando i vuoti sono costituiti da fratture grandi che favoriscono il moto turbolento.

Q = (H-l)/L ∙ KA(H-l)/L = H-/x = H - (H-l)x/L

è possibile determinare il carico idraulico in ogni punto