Risposte domande aperte di Geologia applicata aggiornate al 2023

L

di emungimento) (W )

w

Q = ETr + S + W

OUT (n) s L

Q = W

OUT (ex) w

Q (s) = Q + Q

OUT OUT (n) OUT (ex)

Q (s) = ETr + S + W + W

OUT s w L

Verifica del bilancio idrogeologico

Il bilancio idrogeologico si considera in pareggio quando viene soddisfatta la seguente

relazione: 42

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61 Si richiede di descrivere la prova di laboratorio di permeabilità a carico variabile 43

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62 Si richiede di descrivere la prova in sito in foro a carico costante per la misura della

permeabilità di un terreno

Per i terreni non coesivi, per i quali il campionamento indisturbato non è possibile, si

preferisce eseguire misure in sito mediante prove in foro. Tali prove vengono condotte nel

corso della perforazione di fori di sondaggio o in fori appositamente eseguiti,

predisponendo una opportuna sezione filtrante in corrispondenza del punto di misura, e

applicando una differenza di carico idraulico tra l’interno del foro ed il terreno.

A seconda della direzione del moto di filtrazione che ne consegue, è possibile eseguire:

1) prove di immissione, nelle quali il moto di filtrazione è diretto dal foro verso il terreno;

2) prove di emungimento, nelle quali il moto di filtrazione è diretto verso l’interno del foro.

Le prove a carico costante sono eseguite secondo uno schema. Il valore della permeabilità

può essere valutato dalla relazione:

dove Q è la portata (volume nell’unità di tempo) di fluido in entrata (od uscita) dal foro, ∆h

è la differenza di carico idraulico tra foro e terreno ed F un opportuno coefficiente di forma,

definito coefficiente di ingresso, che dipende dalla geometria della sezione drenante e dalle

caratteristiche idrauliche del terreno. Se il terreno presenta una significativa anisotropia, il

valore misurato è sempre prossimo a kh.

63 Si richiede di descrivere la prova di laboratorio di permeabilità a carico costante

Le limitazioni di tale prova sono le difficoltà di misura della portata Q. La prova fornisce

risultati soddisfacenti per terreni di elevata permeabilità. Per K<10-5 m/s le portate in

uscita sono infatti modeste e la loro misurazione risulta affetta da notevole imprecisione.

Per i terreni poco permeabili è raccomandato pertanto eseguire prove di permeabilità a

carico variabile. 44

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64 Si richiede di descrivere l’espressione del carico totale H in un mezzo poroso saturo

(equazione di Bernoulli)

L'equazione di Bernoulli non è altro che una formulazione matematica della legge di

conservazione dell'energia totale:

In un mezzo poroso saturo con acqua in quiete, l’altezza piezometrica è in ogni punto la

stessa. Affinché tra due punti porosi A e B in un mezzo poroso saturo si abbia moto di

filtrazione, tra i punti stessi deve esserci una differenza di altezza piezometrica (di carico

idraulico). La differenza di carico idraulico fra due punti A e B, Δh=hA –hB, è quindi una

misura rappresentativa della perdita di carico effettivo dovuta al flusso dell’acqua nel

terreno. Si definisce gradiente idraulico il rapporto tra la perdita di carico piezometrico Δh e

il tratto L in cui si verifica:

Al tempo t = t acqua in quiete, rubinetto aperto.

0

Al tempo t = t incremento del livello d’acqua nel tubo di sinistra con rubinetto chiuso

1

La differenza di carico idraulico Δh fra A e B produce un moto di filtrazione da A verso B fino

al raggiungimento dell’equilibrio (uA= uB) al tempo t= t Al tempo t = t si apre il rubinetto.

3. 2

Il tempo impiegato dal sistema per raggiungere l’equilibrio Δt = t3–t2 dipende dal tipo di

terreno, oltre che dal gradiente idraulico imposto:

 Nei terreni a grana grossa (ghiaie, sabbie) il processo di filtrazione avviene

relativamente rapidamente;

 Nei terreni a grana fina (limi, argille) esso avviene in tempi assai più lunghi. 45

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65 Si richiede di descrivere la legge di D’Arcy

Poiché il moto di filtrazione fra due generici punti è governato solo dalla differenza di ca-

rico, può essere utile identificare un legame tra le caratteristiche del moto (in particolare la

velocità), le proprietà del terreno e la perdita di carico. Darcy, studiando il flusso

monodimensionale dell’acqua attraverso strati orizzontali di sabbia (in condizioni di moto

laminare), osservò che la portata per unità di superficie è direttamente proporzionale alla

perdita di carico e inversamente proporzionale alla lunghezza del percorso considerato. In

sostanza, tra la portata per unità di superficie, Q/A, che può essere definita velocità

apparente (nominale) di filtrazione, v, la perdita di carico, ∆h, e la lunghezza L, vale la

relazione:

nota come Legge di Darcy, nella quale k è detto coefficiente di permeabilità.

In termini vettoriali, in condizioni di flusso bi-, e tri-dimensionali:

Considerando che la permeabilità è in generale una caratteristica anisotropa per i terreni

naturali

Nelle relazioni precedenti, v è una velocità apparente, perché la velocità reale, vr,

dell’acqua nei pori è maggiore, in quanto, l’area della sezione attraversata effettivamente

dall’acqua (area dei vuoti, Av) è minore dell’area della sezione A. Quindi se Q è la portata

misurata, essa può essere espressa come

È opportuno inoltre osservare che anche il percorso di filtrazione finora considerato, pari

alla lunghezza L del campione, è in realtà apparente, essendo quello reale sicuramente

maggiore. 46

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66 Si richiede di descrivere la prova di emungimento da pozzi

Le prove in foro possono essere considerate praticamente puntiformi, date le ridotte

dimensioni della sezione filtrante. Quando invece sia necessario valutare la permeabilità

globale di uno strato di terreno non coesivo, una stima migliore si ottiene mediante prove

di pompaggio da pozzi con misura delle pressioni a diverse distanze dall’asse.

L’interpretazione della prova necessita la analisi delle condizioni idrauliche del sottosuolo.

Per l’interpretazione delle prove in regime di moto stazionario eseguite in uno strato

acquifero doppiamente confinato di spessore b, è possibile fare ricorso alla soluzione di

Thiern:

che fornisce la portata uscente in funzione della permeabilità orizzontale kh dello strato e

dell’andamento della superficie piezometrica nell’intorno del pozzo, definito dai valori del

carico idraulico h misurati in due piezometri di controllo posti a distanze r1 ed r2 > r1

dall’asse del pozzo. Si ottiene:

Nel caso di falda freatica in uno strato confinato solo inferiormente la portata uscente in

condizioni stazionarie è fornita dalla soluzione di Dupuit:

nella quale h1 ed h2 sono, come nel caso precedente, i valori del carico idraulico misurati

alle distanze r1 ed r2 dall’asse del pozzo. Si ottiene: 47

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67 Si richiede di descrivere a cosa serve la prova Lugeon

La prova di permeabilità in foro nelle rocce (prova Lugeon) permette di determinare la

permeabilità o la fratturazione di formazioni rocciose. Tali prove vengono effettuate

immettendo acqua in pressione su tratti prestabiliti di foro di sondaggio per valutare la

permeabilità di ammassi rocciosi in termini di assorbimento di acqua nell’unità di tempo, in

funzione della pressione di prova e della lunghezza del tratto di foro interessato. La

permeabilità della roccia così misurata viene generalmente espressa in Unità Lugeon. Un

Lugeon corrisponde alla permeabilità di un ammasso roccioso che assorbe 1 litro di acqua al

minuto per ogni metro di foro, con una pressione di prova di 10 atm.

In generale se ne ricava un indice del grado di fatturazione. Solo nel caso di mezzo

omogeneo ed uniforme i risultati della prova possono essere tradotti nel coefficiente di

permeabilità, se si realizza un flusso laminare a regime intorno al tratto di foro esaminato.

68 Si richiede di descrivere la prova in sito in foro a carico variabile per la misura della

permeabilità di un terreno

Tali prove vengono condotte nel corso della perforazione di fori di sondaggio o in fori

appositamente eseguiti, predisponendo una opportuna sezione filtrante in corrispondenza

del punto di misura, e applicando una differenza di carico idraulico tra l’interno del foro ed

il terreno. 48

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69 Si richiede di descrivere le principali finalità delle analisi di stabilità

Per i pendii naturali, le analisi di stabilità vengono tipicamente condotte per:

 analizzare le condizioni di stabilità di un versante in relazione alle diverse condizioni

ambientali;

 per individuare i meccanismi responsabili dell’evento franoso;

 per valutare l’efficacia di eventuali interventi di stabilizzazione.

Analisi condotte a livello preliminare possono essere di grande aiuto per l’individuazione di

possibili aree critiche, in relazione alle condizioni geologiche, geomorfologiche e

geotecniche del sito. Analisi di maggiore dettaglio possono consentire di individuare la

natura, l’entità e le cause dei potenziali fenomeni di instabilità più probabili, da prevenire in

sede di progetto. In generale, le analisi di stabilità possono essere condotte con le seguenti

finalità principali:

 valutare le condizioni di stabilità di un assegnato pendio naturale o artificiale. In

presenza di terreni a grana fine, tali analisi vanno tipicamente condotte in relazione

alle due condizioni limite di breve termine e lungo termine;

 analizzare eventi franosi già verificatisi per determinare le eventuali cause scatenanti,

e l’influenza di fattori ambientali quali, ad es., il regime delle piogge o la distribuzione

delle pressioni interstiziali nel sottosuolo;

 consentire la riprogettazione di pendii artificiali potenzialmente instabili, o

progettare di interventi di stabilizzazione di pendii naturali oggetto di fenomeni di

instabilità o in condizioni di stabilità marginale;

 valutare l’efficacia degli eventuali interventi di stabilizzazione che si ritenga

opportuno implementare per riportare un pendio od un fronte di scavo in condizioni

di sicurezza;

 valutare le condizioni di stabilità del corpo di terreno in esame in condizioni di carico

eccezionali, quali ad es., quelle che si verificano in presenza di sisma;

 fornire un contributo alla geomorfologia nel comprendere i meccanismi di

formazione dei rilievi naturali, in relazione alle particolari condizioni geologiche

dell’area. 50

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70 Si richiede d