Un laboratorio integrato finalizzato allo studio delle colate di ... - Amra

36 Un laboratorio integrato finalizzato allo studio delle colate di fango in terreni piroclastici
5.1.1 Piastre di Richards
La differenza (u a -u w ) tra la pressione dell’aria (u a ) e quella dell’acqua (u w ) nei
pori di un terreno parzialmente saturo rappresenta la suzione di matrice che, assieme
all’eventuale storia imbibizione-essiccamento ed agli stati tensionale e volumetrico,
controlla il contenuto d’acqua (w). Le curve di ritenzione idrica definiscono
per l’appunto il legame tra w (o altra variabile che esprima il volume di acqua
presente nei pori del terreno) e la suzione. Quando vengono associate a misure
di permeabilità satura, tali curve consentono di ottenere informazioni sugli effetti
del grado di saturazione sulle capacità drenanti del terreno.
Nei terreni naturali parzialmente saturi u a è generalmente la pressione atmosferica
e u w è negativa. Mediante la piastra di Richards (ASTM D2325), viceversa,
vengono tipicamente applicati valori non nulli di suzione mantenendo nulla la
pressione dell’acqua 4 ed imponendo pressioni positive all’aria presente in una camera
stagna che contiene vari provini di terreno. Adottando una pressione d’acqua
facilmente misurabile e/o controllabile, è possibile fissare la differenza u a -u w al
contorno dell’elemento di terreno. Questa procedura, nota il letteratura come traslazione
degli assi (Hilf, 1956), è basata sull’ipotesi largamente verificata che, a parità
di altre variabili di stato tensionale e volumetrico, la risposta idraulica e meccanica
dei mezzi granulari parzialmente saturi non sia influenzata dai valori dalle
pressioni u a ed u w , ma dalla loro differenza u a -u w (suzione di matrice).
Le piastre di Richards disponibili presso il laboratorio si compongono di una
camera a tenuta stagna (riempita di aria a pressione) e di una piastra porosa ad elevato
valore d’ingresso d’aria (HAEV) 5 collegata, per il drenaggio dell’acqua, ad
un circuito che sfocia in una buretta graduata esterna alla camera di pressione ed
aperta all’atmosfera nella parte superiore (Figura 5.1). L’elemento di terreno viene
posto in comunicazione idraulica con il sistema di drenaggio tramite la piastra
HAEV precedentemente saturata con acqua distillata. Fissando il valore della pressione
d’aria nella camera stagna ed attendendo i tempi necessari al raggiungimento
delle condizioni di equilibrio tra le pressioni imposte e quelle agenti nei pori (u a
ed u w ), è possibile regolare il livello di suzione (u a -u w ) nel terreno. Mediante la buretta
graduata del circuito di drenaggio è inoltre possibile misurare i volumi di acqua
scambiati tra il provino ed il circuito di drenaggio e stimare il raggiungimento
(o meno) della condizione di equilibrio. Il contenuto d’acqua corrispondente a
ciascuno dei valori di u a imposto viene generalmente ottenuto pesando il provino
4 In linea di principio con l’apparecchiatura in questione è anche possibile imporre valori negativi (hanging column)
di u w alla piastra HAVE, con limite tecnologico di circa -90kPa (pressione relativa), oppure lavorare in contropressione
(ossia con valori positivi di u w).
5 Le piastre porose HAEV permettono il flusso dell’acqua ostacolando l’infiltrazione dell’aria per pressioni della
fase gassosa inferiori a quella che ne caratterizza il cosiddetto valore d’ingresso d’aria. In commercio sono disponibili
piastre HAEV con valori d’ingresso d’aria compresi tra poche decine di kPa fino ad un massimo di
1500kPa.