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Corso di Idraulica Corso di Idraulica
ed Idrologia Forestale ed Idrologia Forestale
Docente: Prof. Santo Marcello Docente: Prof. Santo Marcello ZimboneZimbone
Collaboratori: Dott. Giuseppe Bombino Collaboratori: Dott. Giuseppe Bombino -- Ing. Demetrio Ing. Demetrio ZemaZema
Anno Accademico 2008Anno Accademico 2008--20092009
Lezione n. 18bis: Misura dei parametri idrologici del suoloLezione n. 18bis: Misura dei parametri idrologici del suolo
IndiceIndice
Corso di Idraulica ed Idrologia Forestale Corso di Idraulica ed Idrologia Forestale -- Lezione 18bisLezione 18bis
�� Misura della porositMisura della porositàà
�� Metodi direttiMetodi diretti
�� Metodi indirettiMetodi indiretti
�� Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
�� TermalizzazioneTermalizzazione di neutroni velocidi neutroni veloci
�� RiflettometriaRiflettometria nel dominio del tempo (TDR)nel dominio del tempo (TDR)
�� Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
�� Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulicaidraulica
�� InfiltrometroInfiltrometro a depressionea depressione
�� InfiltrometroInfiltrometro ad anelload anello
�� InfiltrometroInfiltrometro a doppio anelloa doppio anello
�� PermeametroPermeametro GuelphGuelph
�� Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
�� Vasche Vasche StackmannStackmann
�� Piastre di RichardsPiastre di Richards
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SlidesSlides delle lezioni frontalidelle lezioni frontali
Greppi M.: Idrologia. Il ciclo dellGreppi M.: Idrologia. Il ciclo dell’’acqua e i suoi effetti, Ed. Hoepli, acqua e i suoi effetti, Ed. Hoepli,
Milano, 1999Milano, 1999
MoiselloMoisello U.: Idrologia tecnica, Ed. La Goliardica Pavese, Pavia, 1999U.: Idrologia tecnica, Ed. La Goliardica Pavese, Pavia, 1999
Materiale didatticoMateriale didattico
I metodi di misura della porositI metodi di misura della porositàà si distinguono in si distinguono in diretti diretti
ed indirettied indiretti
Nel primo caso deve essere disponibile un campione Nel primo caso deve essere disponibile un campione
(detto (detto ““carotacarota””) di suolo roccia) di suolo roccia
Nel secondo la porositNel secondo la porositàà èè calcolata attraverso la misura calcolata attraverso la misura
di proprietdi proprietàà fisiche correlate con essafisiche correlate con essa
Misura della porositMisura della porositàà
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Metodi direttiMetodi diretti
I metodi diretti misurano la I metodi diretti misurano la porositporositàà effettivaeffettiva (volume dei (volume dei
soli pori intercomunicanti) e consistono nella misurazione soli pori intercomunicanti) e consistono nella misurazione
del volume dei pori e del volume totale del campionedel volume dei pori e del volume totale del campione
�� per saturazione:per saturazione: il campione viene dapprima essiccato il campione viene dapprima essiccato
e pesato, successivamente saturato con acqua e e pesato, successivamente saturato con acqua e
nuovamente pesatonuovamente pesato
La differenza in peso La differenza in peso èè costituita dal peso di acqua nei costituita dal peso di acqua nei
pori (e quindi dal pori (e quindi dal volume dei pori, volume dei pori, VVpp))
Il campione saturo viene immerso in acqua per misurare il Il campione saturo viene immerso in acqua per misurare il
volume totale (volume totale (VVtt)) sfruttando il sfruttando il principio di Archimedeprincipio di Archimede
Misura della porositMisura della porositàà
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Metodi direttiMetodi diretti
�� mediante la mediante la legge di Boylelegge di Boyle:: il campione essiccato il campione essiccato
viene posto in una cella di volume noto, nella quale viene posto in una cella di volume noto, nella quale
viene fatto espandere un volume noto di viene fatto espandere un volume noto di elioelio
Misurando la Misurando la variazione di pressione,variazione di pressione, si ricava il si ricava il volume volume
della frazione solidadella frazione solida del campione; il del campione; il volume totalevolume totale viene viene
misurato con lo stesso metodo confinando il campione misurato con lo stesso metodo confinando il campione
in una guaina impermeabile in una guaina impermeabile
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Misura della porositMisura della porositàà
Metodi direttiMetodi diretti
�� misurazione ottica:misurazione ottica: una sottile lamina del campione una sottile lamina del campione
viene esaminata al microscopio dove viene rilevata viene esaminata al microscopio dove viene rilevata
direttamente la superficie occupata dai poridirettamente la superficie occupata dai pori
Questo metodo non Questo metodo non èè applicato frequentemente, in applicato frequentemente, in
quanto quanto èè utilizzabile solo per campioni di suolo utilizzabile solo per campioni di suolo
costituito da costituito da roccia roccia ed ed èè soggetto ad errori, non potendo soggetto ad errori, non potendo
tener conto dell' estensione dei pori nella terza tener conto dell' estensione dei pori nella terza
dimensionedimensione
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Misura della porositMisura della porositàà
Metodi indirettiMetodi indiretti
I metodi indiretti generalmente esprimono la porositI metodi indiretti generalmente esprimono la porositàà
attraverso la misura di attraverso la misura di proprietproprietàà fisichefisiche in qualche modo in qualche modo
correlabili con essacorrelabili con essa
Le misurazioni avvengono mediante delle Le misurazioni avvengono mediante delle
apparecchiature elettroniche che registrano in continuo apparecchiature elettroniche che registrano in continuo
le proprietle proprietàà di interessedi interesse
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Misura della porositMisura della porositàà
Metodi indirettiMetodi indiretti
�� misure acustiche:misure acustiche: si utilizza unsi utilizza un’’apparecchiatura apparecchiatura
dotata di una sorgente che emette dotata di una sorgente che emette onde acusticheonde acustiche alla alla
frequenza di 20 kHz ed un ricevitore che registra il frequenza di 20 kHz ed un ricevitore che registra il
tempo impiegato dall'tempo impiegato dall'onda di compressioneonda di compressione a percorrere a percorrere
la distanza tra i due apparatila distanza tra i due apparati
Nota la litologia, la granulometria ed il tipo di fluido Nota la litologia, la granulometria ed il tipo di fluido
contenuto nei pori, la porositcontenuto nei pori, la porositàà èè calcolata applicando calcolata applicando
una relazione empiricauna relazione empirica
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Misura della porositMisura della porositàà
Metodi indirettiMetodi indiretti
�� misure di densitmisure di densitàà:: l'apparecchiatura di rilevazione l'apparecchiatura di rilevazione èè
costituita da una sorgente e da un ricevitore di costituita da una sorgente e da un ricevitore di raggi raggi
gammagamma
Viene misurato il flusso di raggi gamma non assorbiti Viene misurato il flusso di raggi gamma non assorbiti
dal mezzo (roccia e fluidi), che dipende dalla sua dal mezzo (roccia e fluidi), che dipende dalla sua densitdensitàà
elettronicaelettronica
La porositLa porositàà èè calcolata tramite una relazione empirica in calcolata tramite una relazione empirica in
funzione della densitfunzione della densitàà reale del campione, correlata alla reale del campione, correlata alla
densitdensitàà elettronicaelettronica
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Misura della porositMisura della porositàà
Metodi indirettiMetodi indiretti
�� misure neutroniche:misure neutroniche: si basano sulla misura della si basano sulla misura della
perdita di energia cinetica dei perdita di energia cinetica dei neutronineutroni ad alta energia ad alta energia
emessi da una sorgenteemessi da una sorgente
La perdita di energia La perdita di energia èè massima nelle collisioni con i massima nelle collisioni con i
nucleinuclei di di idrogenoidrogeno presenti nel mezzo, che per la presenti nel mezzo, che per la
massima parte si concentrano nella parte fluida (acqua o massima parte si concentrano nella parte fluida (acqua o
idrocarburi) che occupa il volume porosoidrocarburi) che occupa il volume poroso
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Misura della porositMisura della porositàà
Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
Anche per tale proprietAnche per tale proprietàà fisica possono utilizzarsi fisica possono utilizzarsi
metodi diretti ed indirettimetodi diretti ed indiretti
Trai Trai metodi direttimetodi diretti la tecnica pila tecnica piùù affidabile affidabile èè il il metodo metodo
gravimetricogravimetrico (da effettuarsi in laboratorio su campioni (da effettuarsi in laboratorio su campioni
indisturbati), che consiste nel pesare il campione indisturbati), che consiste nel pesare il campione
umido, essiccarlo poi in stufa a 105 umido, essiccarlo poi in stufa a 105 °°C per 24 h e infine C per 24 h e infine
pesarlo di nuovo; per differenza si ottiene il peso pesarlo di nuovo; per differenza si ottiene il peso
delldell’’acqua contenuta inizialmente nel campioneacqua contenuta inizialmente nel campione
Si tratta di un Si tratta di un metodo distruttivometodo distruttivo, in quanto comporta il , in quanto comporta il
prelievo di un campione di suolo che, una volta prelievo di un campione di suolo che, una volta
essiccato in stufa, non essiccato in stufa, non èè riutilizzabile per altre misureriutilizzabile per altre misure
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I I metodi indirettimetodi indiretti si basano sulla misura di altre si basano sulla misura di altre
grandezze fisiche, a loro volta correlate con il contenuto grandezze fisiche, a loro volta correlate con il contenuto
dd’’acquaacqua
Tali metodi, poco invasivi, si prestano anche ad esser Tali metodi, poco invasivi, si prestano anche ad esser
utilizzati in sitoutilizzati in sito
Fra essi annoveriamo:Fra essi annoveriamo:
�� la la termalizzazionetermalizzazione di neutroni velocidi neutroni veloci
�� la la RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Temponel Dominio del Tempo (Time Domain (Time Domain
ReflectometryReflectometry –– TDR)TDR)
�� ll’’uso di radar satellitariuso di radar satellitari
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
Il metodo consiste Il metodo consiste
nellnell’’infiggere nel suolo una infiggere nel suolo una
sorgente radioattiva di neutroni sorgente radioattiva di neutroni
velociveloci (di solito Americio 241(di solito Americio 241--
Berillio)Berillio)
Tali neutroni sono rallentati (o Tali neutroni sono rallentati (o
termalizzatitermalizzati) dagli urti contro gli ) dagli urti contro gli
atomi di idrogeno che atomi di idrogeno che
incontrano nel suolo, incontrano nel suolo,
prevalentemente contenuti prevalentemente contenuti
nelle molecole dnelle molecole d’’acquaacqua
TermalizzazioneTermalizzazione di neutroni velocidi neutroni veloci
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
Un recettore posto a breve Un recettore posto a breve
distanza dalla sorgente distanza dalla sorgente
contiene atomi di gas (di contiene atomi di gas (di
solito solito trifluorurotrifluoruro di bromo o di bromo o
elioelio--3), che, assorbendo i 3), che, assorbendo i
neutroni, assumono uno stato neutroni, assumono uno stato
energetico maggiore ed energetico maggiore ed
emettono fotoni (rilevati emettono fotoni (rilevati
elettronicamente), il cui elettronicamente), il cui
numero numero èè proporzionale al proporzionale al
contenuto dcontenuto d’’acquaacqua
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
TermalizzazioneTermalizzazione di neutroni velocidi neutroni veloci
Principali svantaggi:Principali svantaggi:
�� radioattivitradioattivitàà
�� necessitnecessitàà di calibrazionedi calibrazione
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
TermalizzazioneTermalizzazione di neutroni velocidi neutroni veloci
Il metodo si basa sulla forte correlazione esistente tra il Il metodo si basa sulla forte correlazione esistente tra il
contenuto dcontenuto d’’acquaacqua e la e la permittivitpermittivitàà dielettrica relativa (dielettrica relativa (εεεεεεεεrr))
del suolodel suolo
A temperatura ambiente, infatti, per lA temperatura ambiente, infatti, per l’’acqua acqua εεεεεεεεrr vale circa vale circa
80, mentre la fase solida ha valori intorno a 4 80, mentre la fase solida ha valori intorno a 4 ÷÷÷÷÷÷÷÷ 5 e l5 e l’’aria aria
circa 1circa 1
La La permittivitpermittivitàà del mezzo trifase, quindi, del mezzo trifase, quindi, èè molto molto
sensibile alla quantitsensibile alla quantitàà di acqua in esso presentedi acqua in esso presente
RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Tempo (TDR)nel Dominio del Tempo (TDR)
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
Per la maggior parte dei suoli non Per la maggior parte dei suoli non èè pertanto necessaria pertanto necessaria
alcuna calibrazionealcuna calibrazione
Una espressione molto usata del legame tra Una espressione molto usata del legame tra εεεεεεεεrr e il e il
contenuto dcontenuto d’’acquaacqua èè la seguente:la seguente:
32
00000430000540029200530rrr
.... ε+ε−ε+−=θ
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Tempo (TDR)nel Dominio del Tempo (TDR)
La La forza di Coulombforza di Coulomb, calcolabile mediante la , calcolabile mediante la legge di legge di
CoulombCoulomb, esprime meccanicamente , esprime meccanicamente l'interazionel'interazione
presente tra due presente tra due corpicorpi carichi elettricamente: se carichi elettricamente: se
entrambi presentano la stessa entrambi presentano la stessa caricacarica, positiva o , positiva o
negativa, la negativa, la forzaforza risulterrisulteràà repulsiva; in caso contrario, la repulsiva; in caso contrario, la
forza risulterforza risulteràà essere attrattivaessere attrattiva
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La forza che si esercita tra due corpi carichi La forza che si esercita tra due corpi carichi
elettricamente:elettricamente:
�� èè diretta lungo la congiungente delle cariche diretta lungo la congiungente delle cariche
�� il verso dipende dal loro segnoil verso dipende dal loro segno
�� èè proporzionale al prodotto del modulo delle loro proporzionale al prodotto del modulo delle loro
cariche qcariche q e inversamente proporzionale al quadrato della e inversamente proporzionale al quadrato della
distanza ddistanza d tra essitra essi
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
Legge di CoulombLegge di Coulomb
qq11 e qe q22 sono le sono le cariche interagenticariche interagenti, , dd èè la la distanza tra le distanza tra le
carichecariche e e kk la la costante di costante di CoulombCoulomb, pari a:, pari a:
dove dove εε00 èè la la costante (o costante (o permittivitpermittivitàà) dielettrica del vuoto) dielettrica del vuoto, ,
il cui valore il cui valore èè::
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
Negli altri mezzi la Negli altri mezzi la costante (o costante (o permittivitpermittivitàà) dielettrica) dielettrica si si
indica con indica con εεεεεεεε ed ed èè posta uguale a:posta uguale a:
dove dove εεεεεεεεrr èè la la permittivitpermittivitàà dielettrica relativadielettrica relativa (o (o costante costante
dielettrica relativadielettrica relativa), un numero adimensionale sempre ), un numero adimensionale sempre
maggiore di 1maggiore di 1
rεε=ε
0
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
PoichPoichéé nella nella legge di Coulomblegge di Coulomb la la permittivitpermittivitàà compare al compare al
denominatore, la denominatore, la forzaforza che si esercita fra due cariche che si esercita fra due cariche
elettriche elettriche èè, in valore assoluto, massima nel vuoto e , in valore assoluto, massima nel vuoto e
diminuisce al crescere della diminuisce al crescere della permittivitpermittivitàà relativarelativa
Ciò significa che maggiore Ciò significa che maggiore èè la costante dielettrica di un la costante dielettrica di un
mezzo, maggiore mezzo, maggiore èè il suo potere isolante (i materiali il suo potere isolante (i materiali
isolanti vengono anche chiamatiisolanti vengono anche chiamati dielettricidielettrici))
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
Nel caso dell'aria, la permettivitNel caso dell'aria, la permettivitàà elettrica elettrica èè εεεεεεεεr r = 1,00059= 1,00059, , approssimabile ad 1, che approssimabile ad 1, che èè il valore assegnato alla il valore assegnato alla
costante dielettrica nel vuotocostante dielettrica nel vuoto
Pertanto, vista la prossimitPertanto, vista la prossimitàà fra tali valori, l'aria fra tali valori, l'aria èè l'unico l'unico
mezzo fisico che viene assimilato allo spazio vuotomezzo fisico che viene assimilato allo spazio vuoto
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La permittivitpermittivitàà dielettrica relativa dielettrica relativa εεεεεεεεrr
La TDR consiste nellLa TDR consiste nell’’infiggere una sonda metallica nel infiggere una sonda metallica nel
suolo, che genera, mediante un generatore collegato alla suolo, che genera, mediante un generatore collegato alla
sonda tramite un cavo coassiale, unsonda tramite un cavo coassiale, un’’onda onda
elettromagnetica a fronte ripido; lelettromagnetica a fronte ripido; l’’onda si riflette al onda si riflette al
termine della linea e ritorna alla sorgentetermine della linea e ritorna alla sorgente
Cable Tester
Sonda
-----------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------
PC portatile
RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Tempo (TDR)nel Dominio del Tempo (TDR)
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
La La velocitvelocitàà con cui lcon cui l’’onda si propaga lungo la linea onda si propaga lungo la linea èè
inversamente proporzionale alla inversamente proporzionale alla radice quadrata di radice quadrata di εεεεεεεεrr
dove k dove k èè un coefficiente di proporzionalitun coefficiente di proporzionalitàà
La misura del tempo intercorrente tra lLa misura del tempo intercorrente tra l’’emissione emissione
delldell’’onda e il ritorno allonda e il ritorno all’’origine dellorigine dell’’onda riflessa, nota la onda riflessa, nota la
lunghezza della sonda, consente di risalire alla velocitlunghezza della sonda, consente di risalire alla velocitàà V V
e quindi alla costante dielettrica relativa e quindi alla costante dielettrica relativa εεεεεεεεrr
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Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Tempo (TDR)nel Dominio del Tempo (TDR)
r
kV
ε=
La TDR presenta numerosi La TDR presenta numerosi
vantaggi:vantaggi:
�� non comporta pericoli non comporta pericoli
per chi esegue la misuraper chi esegue la misura
�� èè poco invasivapoco invasiva
�� non necessita di non necessita di
calibrazionecalibrazione
�� fornisce misure con una fornisce misure con una
precisione del precisione del ±±±±±±±±2%2%
�� ben si presta ad una ben si presta ad una
automatizzazione delle automatizzazione delle
misuremisure Corso di Idraulica ed Idrologia Forestale Corso di Idraulica ed Idrologia Forestale -- Lezione 18bisLezione 18bis
Misura del contenuto idricoMisura del contenuto idrico
RiflettometriaRiflettometria nel Dominio del Tempo (TDR)nel Dominio del Tempo (TDR)
Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
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La misura della potenziale La misura della potenziale
matriciale si effettua, sia in matriciale si effettua, sia in
laboratorio che in campo, per laboratorio che in campo, per
mezzo di appositi strumenti detti mezzo di appositi strumenti detti
tensiometritensiometri
Il tensiometro Il tensiometro èè costituito da una costituito da una
capsula di un materiale porosocapsula di un materiale poroso a a
granulometria molto fine e molto granulometria molto fine e molto
uniforme che, posta in contatto uniforme che, posta in contatto
con il suolo, dopo un transitorio con il suolo, dopo un transitorio
pipiùù o meno lungo, si porta in o meno lungo, si porta in
equilibrio idraulico con essoequilibrio idraulico con esso
Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
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Il potenziale allIl potenziale all’’interno della interno della
capsula capsula èè lo stesso del suolo con lo stesso del suolo con
cui cui èè in contattoin contatto
Alle spalle della capsula porosa vi Alle spalle della capsula porosa vi
èè un un circuito idraulicocircuito idraulico nel quale nel quale èè
possibile misurare la pressione possibile misurare la pressione
delldell’’acquaacqua
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Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
Il materiale poroso costituente la Il materiale poroso costituente la
capsula capsula èè caratterizzato dal caratterizzato dal
cosiddetto cosiddetto punto di ingresso dpunto di ingresso d’’aria aria
(air entry (air entry pointpoint),), che rappresenta il che rappresenta il
valore del potenziale matriciale per il valore del potenziale matriciale per il
quale lquale l’’aria riesce a penetrare nei pori aria riesce a penetrare nei pori
e la capsula diviene insaturae la capsula diviene insatura
A questo punto lA questo punto l’’aria penetra nel aria penetra nel
circuito idraulico e non circuito idraulico e non èè pipiùù
possibile misurare il potenziale possibile misurare il potenziale
allall’’interno della capsula (il interno della capsula (il
tensiometro di disconnette)tensiometro di disconnette)
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Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
I materiali porosi attualmente in uso I materiali porosi attualmente in uso
hanno punti di ingresso dellhanno punti di ingresso dell’’aria di aria di
alcune decine di atmosfere, per cui la alcune decine di atmosfere, per cui la
disconnessione del tensiometro disconnessione del tensiometro
avviene non per lavviene non per l’’ingresso dellingresso dell’’aria, aria,
ma per formazione di bolle allma per formazione di bolle all’’interno interno
del circuito idraulico (intorno a del circuito idraulico (intorno a –– 0.6 0.6
atmatm))
La misura della pressione nel circuito La misura della pressione nel circuito
viene spesso effettuata con un viene spesso effettuata con un
manometro a cella di pressionemanometro a cella di pressione
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Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
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Misura del potenziale matricialeMisura del potenziale matriciale
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
LL’’infiltrometroinfiltrometro a disco consente di stimare tramite una a disco consente di stimare tramite una
misura diretta di infiltrazione i parametri di una misura diretta di infiltrazione i parametri di una
espressione approssimata dellespressione approssimata dell’’infiltrazione potenzialeinfiltrazione potenziale
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
Si considera il solo moto verticale di infiltrazioneSi considera il solo moto verticale di infiltrazione
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
Applicando la Applicando la formula di formula di DarcyDarcy tra la tra la superficie del superficie del
suolosuolo ed il ed il fronte di inumidimentofronte di inumidimento, si ha:, si ha:
VVii = velocit= velocitàà di infiltrazionedi infiltrazione
LLff = profondit= profonditàà del fronte umidodel fronte umido
HHww = tirante idrico sulla superficie= tirante idrico sulla superficie
hhff = altezza piezometrica (o potenziale matriciale) in = altezza piezometrica (o potenziale matriciale) in
corrispondenza del fronte di inumidimentocorrispondenza del fronte di inumidimento
KKww = conducibilit= conducibilitàà idraulicaidraulica
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
In generale, se In generale, se HHww e e hhff sono trascurabili rispetto a sono trascurabili rispetto a LLff: :
LLff >> >> HHww; ; LLff >> >> hhff
si ottiene:si ottiene:
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
Tuttavia il suolo non Tuttavia il suolo non èè in condizioni di saturazione: vi in condizioni di saturazione: vi
può essere aria residua nei pori del suolopuò essere aria residua nei pori del suolo
Per i Per i suoli a grana grossasuoli a grana grossa (ghiaie e (ghiaie e
sabbie, si assume:sabbie, si assume:
Per i Per i suoli a grana finesuoli a grana fine (limi ed (limi ed
argille), si assume invece:argille), si assume invece:
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
dove dove KKfsfs èè la la conducibilitconducibilitàà idraulica in condizioni di idraulica in condizioni di
saturazione del suolosaturazione del suolo
Il metodo presenta scarsa accuratezza, in particolare Il metodo presenta scarsa accuratezza, in particolare
per dimensioni contenute del diametro dellper dimensioni contenute del diametro dell’’anello, che anello, che
conducono alla notevole sovrastima la conducibilitconducono alla notevole sovrastima la conducibilitàà
idraulicaidraulica
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
InfiltrometroInfiltrometro a disco o ad anelloa disco o ad anello
Si utilizza allora Si utilizza allora
l'l'infiltrometroinfiltrometro a doppio a doppio
anello, formato da due anello, formato da due
anelli concentrici, infissi anelli concentrici, infissi
nel suolo per una nel suolo per una
profonditprofonditàà proporzionale proporzionale
alle loro dimensionialle loro dimensioni
Durante la prova il tirante Durante la prova il tirante
idrico viene mantenuto idrico viene mantenuto
identico nei due anelliidentico nei due anelli
InfiltrometroInfiltrometro a doppio anelloa doppio anello
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
L'anello esterno ha la funzione di minimizzare la L'anello esterno ha la funzione di minimizzare la
componente orizzontale del flusso idrico; l'anello componente orizzontale del flusso idrico; l'anello
interno invece confina il suolo destinato alla prova di interno invece confina il suolo destinato alla prova di
infiltrazioneinfiltrazione
Il valore della conducibilitIl valore della conducibilitàà idraulica viene determinato idraulica viene determinato
dal rapporto fra la riduzione del tirante idrico [mm] e dal rapporto fra la riduzione del tirante idrico [mm] e
ll’’intervallo temporale in cui tale abbassamento si intervallo temporale in cui tale abbassamento si
manifesta [s; min; h]manifesta [s; min; h]
InfiltrometroInfiltrometro a doppio anelloa doppio anello
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
Il Il permeametropermeametro di di GuelphGuelph èè
costituito da:costituito da:
�� due cilindri coassiali da due cilindri coassiali da
immettere nel foro di misuraimmettere nel foro di misura
�� un serbatoio di acqua che un serbatoio di acqua che
funge da riserva idricafunge da riserva idrica
�� un tubo per lun tubo per l’’aspirazione aspirazione
dell'ariadell'aria
�� una valvola di fondouna valvola di fondo
PermeametroPermeametro GuelphGuelph
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
La graduazione del cilindro La graduazione del cilindro
consente di impostare il consente di impostare il
battente idrico e quindi il battente idrico e quindi il
carico idraulico da carico idraulico da
applicare applicare
Un supporto sagomato ed a Un supporto sagomato ed a
tenuta stagna contiene il tenuta stagna contiene il
foro per l'immissione foro per l'immissione
dell'acqua dell'acqua
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
PermeametroPermeametro GuelphGuelph
Il fondo dello strumento, a Il fondo dello strumento, a
contatto con il suolo, contatto con il suolo, èè
costituito da un anello in costituito da un anello in
gomma con base ermetica gomma con base ermetica
e fessurato e fessurato
longitudinalmente, nel longitudinalmente, nel
quale quale èè inserita la parte inserita la parte
terminale del cilindro terminale del cilindro
esternoesterno
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
PermeametroPermeametro GuelphGuelph
Una volta posizionato lo strumento e rifornita di acqua Una volta posizionato lo strumento e rifornita di acqua
la sua riserva, si rileva la riduzione dellla sua riserva, si rileva la riduzione dell’’altezza idrica altezza idrica
all'interno del serbatoio (interno od esterno, in funzione all'interno del serbatoio (interno od esterno, in funzione
delle caratteristiche idrauliche del suolo) ad intervalli di delle caratteristiche idrauliche del suolo) ad intervalli di
tempo prefissatitempo prefissati
La prova può considerarsi terminata quando lo La prova può considerarsi terminata quando lo
strumento fornirstrumento forniràà almeno tre valori uguali (o almeno almeno tre valori uguali (o almeno
prossimi), il che indica che si prossimi), il che indica che si èè raggiunta la condizione raggiunta la condizione
di stazionarietdi stazionarietàà
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
PermeametroPermeametro GuelphGuelph
Il valore della conducibilitIl valore della conducibilitàà idraulica k saridraulica k saràà fornito dalla fornito dalla
seguente formula:seguente formula:
dove:dove:
LL11 = livello finale dell= livello finale dell’’acqua nel serbatoio graduatoacqua nel serbatoio graduato
LL22 = livello iniziale dell= livello iniziale dell’’acqua nel serbatoio graduatoacqua nel serbatoio graduato
∆∆∆∆∆∆∆∆t = intervallo di tempo fra le due rilevazionit = intervallo di tempo fra le due rilevazioni
t
LLk
∆
−=
21
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Misura della conducibilitMisura della conducibilitàà idraulica idraulica
PermeametroPermeametro GuelphGuelph
La misura della curva di ritenzione consiste nella La misura della curva di ritenzione consiste nella
rilevazione simultanea su un campione di suolo del rilevazione simultanea su un campione di suolo del
contenuto dcontenuto d’’acqua e del potenziale matricialeacqua e del potenziale matriciale
Le tecniche di misura piLe tecniche di misura piùù usate sono le seguenti:usate sono le seguenti:
�� vasche vasche StackmanStackman, per la misura del tratto di curva , per la misura del tratto di curva
prossimo alla saturazioneprossimo alla saturazione
�� piastre di Richardspiastre di Richards, per la misura del tratto di curva , per la misura del tratto di curva
lontano dalla saturazionelontano dalla saturazione
Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
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Le Le vasche vasche StackmanStackman consistono in una superficie di consistono in una superficie di
materiale poroso umido (di solito un impasto di caolino) materiale poroso umido (di solito un impasto di caolino)
posto in contatto con una sorgente idrica a potenziale posto in contatto con una sorgente idrica a potenziale
noto; i campioni di suolo vengono poggiati su di essa, noto; i campioni di suolo vengono poggiati su di essa,
assicurandosi che avvenga il contatto idraulicoassicurandosi che avvenga il contatto idraulico
Col tempo il potenziale matriciale allCol tempo il potenziale matriciale all’’interno dei interno dei
campioni si porta in equilibrio con quello della campioni si porta in equilibrio con quello della
superficie porosasuperficie porosa
A questo punto il campione viene prelevato e pesato, A questo punto il campione viene prelevato e pesato,
quindi si modifica il valore del potenziale della quindi si modifica il valore del potenziale della
superficie umida e si attende che una nuova situazione superficie umida e si attende che una nuova situazione
di equilibrio sia raggiuntadi equilibrio sia raggiunta
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
LL’’operazione viene ripetuta tante volte quanti sono i operazione viene ripetuta tante volte quanti sono i
punti della curva di ritenzione che si vogliono stimarepunti della curva di ritenzione che si vogliono stimare
Al termine della prova il campione viene essiccato in Al termine della prova il campione viene essiccato in
stufa per determinarne il peso secco, che consente di stufa per determinarne il peso secco, che consente di
associare a tutte le pesate effettuate in precedenza un associare a tutte le pesate effettuate in precedenza un
valore del contenuto dvalore del contenuto d’’acquaacqua
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
Le Le piastre di Richardspiastre di Richards sono contenitori dsono contenitori d’’acciaio a acciaio a
tenuta ermetica, entro i quali vengono posti piccoli tenuta ermetica, entro i quali vengono posti piccoli
campioni di suolocampioni di suolo
Attraverso un circuito di aria compressa viene imposta Attraverso un circuito di aria compressa viene imposta
una pressione nota alluna pressione nota all’’aria allaria all’’interno del contenitoreinterno del contenitore
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
Alla base del contenitore vi Alla base del contenitore vi èè un foro di drenaggio un foro di drenaggio
occluso da una piastra di materiale poroso a occluso da una piastra di materiale poroso a
granulometria molto fine e molto uniforme, granulometria molto fine e molto uniforme,
caratterizzato da un elevatissimo valore del punto di caratterizzato da un elevatissimo valore del punto di
ingresso dellingresso dell’’aria (> 30 aria (> 30 atmatm))
In tal modo, essendo il materiale della piastra In tal modo, essendo il materiale della piastra
totalmente saturo dtotalmente saturo d’’acqua, solo lacqua, solo l’’acqua, ma non lacqua, ma non l’’aria, aria,
può uscire dal contenitorepuò uscire dal contenitore
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
Il campione di suolo con il tempo si pone in equilibrio Il campione di suolo con il tempo si pone in equilibrio
con il valore del potenziale capillare corrispondente alla con il valore del potenziale capillare corrispondente alla
pressione dellpressione dell’’aria imposta; a questo punto, il campione aria imposta; a questo punto, il campione
viene estratto dal contenitore e rapidamente pesatoviene estratto dal contenitore e rapidamente pesato
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione
Quindi si rimette il campione dentro il contenitore e si Quindi si rimette il campione dentro il contenitore e si
provvede a modificare la pressione dellprovvede a modificare la pressione dell’’aria, ripetendo aria, ripetendo
ll’’operazione per ottenere un nuovo punto della curva di operazione per ottenere un nuovo punto della curva di
ritenzioneritenzione
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Determinazione della curva di ritenzioneDeterminazione della curva di ritenzione