Struttura di u terrenu
Per struttura di u tarrenu s’intende a dispusizione di a fase solida in a massa terragna. Cum’è hè cunnisciutu, u tarrenu hè fattu di particelle solide è di pori chini d’acqua, d’aria o di vapore d’acqua, di regula in parte d’aria è in parte d’acqua. Sicondu a dispusizione di e particelle solide in u tarrenu, ne hè determinata a struttura. E strutture di u tarrenu scioltu è di quellu ligatu si differenzianu essenzialmente trà di elle.
Struttura di u tarrenu scioltu
A struttura di u terrenu scioltu si forma sottu l’azzione di a gravità. E particelle solide di stu terrenu sò più grosse è falanu in bassu, si depositanu sottu à l’azzione di a gravità, mentre chì e forze d’attrazione intermoleculare di ste particelle ùn esistenu o sò insignificanti è vinte da a gravità. Per quessa, in u terrenu scioltu, e particelle solide si mettenu l’una accantu à l’altra, occupendu u spaziu liberu trà e particelle accatastate (fig. 1_a_). Sè e particelle di u terrenu scioltu sò à pocu pressu di forma tonda è di listessa taglia, cum’è pò esse u casu di a rena di cumpusizione uniforme, tandu a struttura pò esse a più densa (fig. 1_b_) o a più rada (fig. 1_c_), ciò chì dipende da a dispusizione di e particelle solide in u terrenu. A struttura più densa currisponde à a più grande pussibilità di cumpattazione di u terrenu scioltu è a so porosità hè nmin=26%. A struttura più rada currisponde à a più piccula cumpattazione pussibule di u terrenu scioltu è a so porosità hè nmax=48%. Cusì, per esempiu, a rena sciolta di e dune hà n=47%.
Fig. 1 Struttura di u terrenu micca ligatu
S’è u terrenu micca ligatu hà granelli di grandezza diversa, cusì chì e particelle più fine empienu i vuoti trà e più grosse (fig. 2), a porosità di u terrenu hè assai più chjuca (n=20% è menu).
Fig. 2. Struttura di u terrenu scioltu di graniglie diverse
Struttura di u tarrenu ligatu
In u suolu legatu, a struttura hè differente da quella di u suolu scioltu. In u suolu legatu appariscenu forze di coesione, chì sò più forte chè a forza di gravità di e particelle chjuche è e stìghjanu à e superfici di cuntattu. Per quessa, ste particelle ùn falanu micca in ordine versu u bassu, ma fermanu appiccicate l’una à l’altra è l’una vicinu à l’altra (fig. 3_a_), furmendu cusì una struttura à catena è reticulata (fig. 3_b_), fioccosa (fig. 3_c_) ecc., chjamate strutture d’ordine superiore. Tali strutture anu una grande porosità, chì pò andà sin’à 60-80% di a massa tutale, ciò chì ùn pò accade in u suolu scioltu.
Fig. 3. Struttura di u terrenu ligatu
Porosità è coefficiente di porosità
A porosità di u terrenu si definisce cum’è u raportu trà u vulume di i pori è u vulume tutale di u terrenu (fig. 4).
Fig. 4. Porosità è coefficiente di porosità di u terrenu
S’è no designemu cù
- Vp = vulume di i pori in u tarrenu
- Vm = vulume di e particelle solide
- V = u vulume tutale di u tarrenu,
A porosità di u tarrenu n hè per definizione
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
vale à dì in % di u vulume tutale di u tarrenu
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
U coefficiente di porosità di u terrenu si definisce cum’è u raportu trà u vulume di i pori è u vulume di e particelle solide:
e = VP / Vm.
Da a forma per a porosità n avemu:
nVP + nVm = VP, da induve Vm = VP(1-n) / n.
Sustituendu stu valore in a formula per e ottenemu
e = n / (1-n).
Da sta equazione ottenemu
e - ne = n; n = e / (1 + e).
U coefficiente di porosità mostra a densità di u tarrenu. S’è u coefficiente e hè più grande, tandu a densità di u tarrenu hè più chjuca è vice versa. S’è un tarrenu cumpressibile si cala sottu caricu, per mezu di u coefficiente di porosità nanzu è dopu à l’abbassamentu si pò determinà a grandezza di l’abbassamentu Δ_h_.
Osservemu un stratu di terrenu cumpressibile di spessore h (fig. 5_a_). S’è stu stratu hè caricatu, si sghjugnerà d’una altezza Δ_h_, cusì chì u so spessore, per via di u caricu, si riducerà à h1. Di cunsiguenza
Δ_h_ = h – h1.
Postu chì u slegamentu di u terrenu comprimibile si face à spese di i pori, perchè e particelle solide sò praticamenti incomprimibili, è dinù l’acqua, s’ella riempie i pori di u terrenu in parte o cumpletamente, stu slegamentu pò esse raprisentatu schematicalmente in a fig. 5_b_.
Fig. 5. Assestamentu Δh di u stratu di suolu cumpressibile di spessore h sottu caricu
S’è no denotemu cù h0 l’altura imaginaria di a strata di particelle solide senza pori, chjamata altezza ridutta, tandu pudemu esprime l’assestamentu Δ_h_ in raportu à l’altezza ridutta h0 cù a relazione:
S’è cunsideremu un stratu di terrenu di larghezza è di lunghezza uguale à l’unità, tandu l’altezze h, h1 è h0 rapresentanu i vulumi, è dunque
induve e hè u coefficiente di porusità nanzu, e1 dopu à l’affundamentu. Da quellu chì precede si ottene l’affundamentu
Δ_h_ = h0 (e-e1).
L’assestamentu pò esse spressu in raportu à l’altezza di u stratu h prima di l’assestamentu s’è no sustituimu u valore di l’altezza ridutta h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
postu chì n = VP / V = VP / h_,_ da induve VP = nh.
Di cunsiguenza si ottene
E diverse qualità di terrenu anu i seguenti valori medi di porosità n è di coefficientu di porosità e:
Umidità di u terrenu
I tippi d’acqua in u terrenu
L’acqua in u tarrenu appare in forma d’acqua in i pori trà e particelle solide, a cosiddetta acqua porale, dopu cum’è acqua adsurbata nant’à e particelle solide è cum’è acqua di custituzione.
L’acqua porosa si cumpone di acqua libera trà e particelle solide, u so muvimentu si face secondu a lege di Darcy, dopu d’acqua gravìtativa, chì si move sottu à l’azzione di a gravità da sopra in ghjò in tutte e direzzione, ma u so muvimentu ùn si face micca secondu a lege di Darcy, d’acqua capillare chì si move sottu à l’azzione di e forze capillare è d’acqua di tensione superficiale, chì si tene per via di a tensione superficiale in l’anguli trà e particelle solide di u terrenu è si chjama ancu acqua porosa angulare. Tuttu què acqua pò esse cacciatu cumpletamente asciuvendu u terrenu à una temperatura di 110oC.
L’acqua adsurbata hè quella chì avvolge e particelle solide, à e quali hè ligata da forze molecule. Hè u cusiddettu filmu d’acqua, chì u so spessore varieghja 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). L’influenza di l’acqua adsurbata in e particelle più grosse hè insignificante, ma quantu più e particelle sò fini tantu più grande hè a so influenza, perchè cresce a superficia generale di e particelle è dunque u raportu trà l’acqua adsurbata è e particelle solide in una unità di vulume di tarrenu. St’acqua pò esse cacciata solu in parte per asciugatura à 110oC.
L’acqua di custituzione hè chimicamente unita in i cristalli di i minerali di e particelle solidi di u tarrenu. Di st’acqua ce n’hè assai poca è ùn si pò caccià per via di l’asciugatura di u tarrenu. Dunque st’acqua pò esse cunsiderata cum’è parte custitutiva di a particella solida.
A quantità d’acqua in u terrenu
Per definizione, a quantità d’acqua in u terrenu, o umidità di u terrenu, hè u rapportu trà u pesu di l’acqua cuntenuta in u terrenu è u pesu di i so cumpunenti solidi. Sicondu a quantità d’acqua in u terrenu si distinguenu trè casi: terrenu cumpletamente saturatu d’acqua, terrenu parzialmente saturatu d’acqua è terrenu cumpletamente seccu.
Terrenu cumpletamente saturatu d’acqua
S’è no indittemu cù n a porusità di u suolu, cù γs u pesu volumetricu di tutte e particelle, è cù γw u pesu volumetricu di l’acqua, tandu l’umidità di u suolu saturatu wZ si pò sprime cù a seguente equazione
U terrenu parzialmente saturatu d’acqua
S’è no indittemu cù Ww u pesu di l’acqua cuntenuta in u terrenu, cù Wd u pesu di e particelle solide, vale à dì u pesu seccu di u terrenu, tandu l’umidità di u terrenu hè w
w = Ww / Wd , ossia, in percentuale di u pesu seccu di u terrenu: w = 100 Ww / Wd.
In stu casu, l’umidità di u terrenu pò esse espressa da u gradu d’umidità Sr chì rapprisenta u rapportu trà u pesu reale di l’acqua in u terrenu è quellu pesu d’acqua in u listessu terrenu chì ci seria s’è tutti i pori fussinu pieni d’acqua, vale à dì, à u pesu di l’acqua di un terrenu saturatu:
risp. per _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
I valori limite per u gradu d’umidità sò:
- per terrenu cumpletamente asciuttu w = 0; Sr = 0
- per un terrenu cumpletamente saturatu w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Fig. 6. Campione di suolu parzialmente saturatu d’acqua
U gradu di saturazione (chì qualchì volta si chjama dinù saturazione o gradu d’umidità) si sprime ancu cum’è raportu di u vulume di i pori pieni d’acqua versu u vulume tutale di i pori (fig. 6):
Sr = V2 / V1
induve V2 hè u vulume di i pori pieni d’acqua, V1 u vulume tutale di i pori pieni d’acqua, d’aria è di gasi. S’è w hè l’umidità di u terrenu in % di u pesu seccu di u terrenu Wd, tandu avemu
V2 * γW = w Wd, da induve V2 = w Wd / γw.
D’altronde, avemu chì V1 = V – Vd, è postu chì Vd * γs = Wd, allora
Vd = Wd / γs è V1 = V – Wd / γs.
Dunque, u gradu di saturazione di u terrenu Sr serà
vale à dì in percentuale di u pesu seccu di u tarrenu
U terrenu cumpletamente asciuttu
In stu casu w = 0. Tutta l’acqua di i pori hè stata cacciata, mentre l’acqua adsorbita hè stata cacciata solu in parte, vale à dì chì u filmu d’acqua esiste sempre, ma a so spessura hè diminuita.