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Q U A D E R N I P E R L A P R O G E T T A Z I O N E

ESERCIZI RISOLTI DI INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATAMonitoraggio ed inquinamento acque sotterranee. Controlli geotecnici su pozzi, discariche, frane, strade, pali di fondazione, prove sui tiranti. Meccanica dei terreni e controlli sismici

VOLUME III

diGIULIO RIGA

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INDICE GENERALE

Premessa .....................................................................................17

Introduzione ...............................................................................19

CAPITOLO 1

MONITORAGGIO ED INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE ....................................................21

1.1 Monitoraggio ambientale e qualità dei dati ..............................21

1.2 Individuazione dell’area d’interesse ambientale ........................21

1.3 Modello concettuale preliminare e modello numerico .................22

1.4 Monitoraggio delle acque sotterranee ......................................22

1.4.1 Studi idrogeologici ................................................. 27

1.4.2 Piezometri ............................................................. 28

1.4.3 Costruzione dei piezometri ...................................... 29

1.4.4 Ubicazione............................................................ 30

1.4.5 Metodi di perforazione ........................................... 30

1.4.6 Tubazione ............................................................. 33

1.4.7 Filtri ...................................................................... 35

1.4.8 Dreno ................................................................... 39

1.4.9 Sigillo anulare........................................................ 40

1.4.10 Preparazione della boiacca..................................... 43

1.4.11 Sviluppo................................................................ 43

1.4.12 Spurgo del piezometro............................................ 44

1.4.12.1 Spurgo con Bailer ................................................ 44

1.4.12.2 Spurgo con pompa .............................................. 45

1.4.12.3 Metodo Low-Flow................................................. 46

1.4.12.4 Analisi preliminari sulle acque............................... 47

1.4.12.5 Spurgo in formazioni a bassa permeabilità............. 48

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6 ESERCIZI RISOLTI DI INGEGNERIA GEOTECNICA E GEOLOGIA APPLICATA

1.4.12.6 Dati dello spurgo ................................................ 48

1.4.12.7 Decontaminazione dell’attrezzatura ...................... 54

1.4.12.8 Protezione del piezometro.................................... 55

1.4.12.9 Scheda del piezometro ........................................ 56

1.4.12.10 Georeferenziazione ............................................ 58

1.4.12.11 Piezometri in rocce fratturate ................................ 58

1.4.12.12 Chiusura di piezometri abbandonati ..................... 59

1.5 Monitoraggio delle acque sotterranee ......................................61

1.5.1 Reti di monitoraggio................................................ 61

1.5.2 Tipi di acquiferi e contaminazione ............................ 62

1.5.3 Misurazione delle acque sotterranee ......................... 64

1.5.4 Velocità delle acque sotterranee ............................... 65

1.5.5 Conducibilità idraulica ............................................ 65

1.5.6 Metodi di campionamento e di misurazione............... 67

1.5.7 Piano di monitoraggio............................................. 68

1.5.8 Pulizia del piezometro ............................................. 70

1.5.9 Campioni .............................................................. 71

1.5.9.1 Conservazione dei campioni ................................ 71

1.5.9.2 Campionamento dei contaminanti organici ............ 72

1.5.9.3 Composti organici volatili..................................... 72

1.5.9.4 Composti organici estraibili .................................. 72

1.5.10 Misure da eseguire in situ ........................................ 72

1.5.10.1 Il parametro pH .................................................. 73

1.5.10.2 Il parametro Ossigeno disciolto............................. 73

1.5.10.3 Temperatura del campione................................... 74

1.5.10.4 Conducibilità elettrica.......................................... 74

1.5.10.5 Solidi totali disciolti (TDS)..................................... 75

1.5.10.6 Torbidità ............................................................ 75

1.5.10.7 Metalli totali disciolti............................................ 77

1.5.10.8 Composti inorganici ............................................ 78

1.5.11 Fattori chimici che influenzano la migrazione dei contaminanti nell’ambiente................................. 82

1.5.11.1 Solubilità............................................................ 82


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1.5.11.2 Assorbimento ...................................................... 82

1.5.11.3 Stati di ossidazione.............................................. 83

1.5.11.4 Colloidi .............................................................. 83

1.5.11.5 Migrazione......................................................... 83

1.5.12 Equilibrio Anioni-Cationi ......................................... 84

• ESERCIZIO N. 1 - Definizione della direzione di flusso delle acque sotterranee .............................................................. 85

• ESERCIZIO N. 2 – Definizione dei piezometri “spia” e di “bianco” ...........................................................88

• ESERCIZIO N. 3 – Definizione dei piezometri “spia” e di “bianco” (Rete di monitoraggio composta da sei piezometri) .....................92

• ESERCIZIO N. 4 – Calcolo del gradiente idraulico...................... 94

• ESERCIZIO N. 5 – Calcolo della velocità lineare di flusso dell’acqua sotterranea ............................................................... 95

• ESERCIZIO N. 6 – Modalità di chiusura dei piezometri abbandonati ....................................................... 96

• ESERCIZIO N. 7 – Costruzione di piezometri singoli e nidificati in multifalda ............................................................................. 98

• ESERCIZIO N. 8 – Costruzione di un piezometro in monofalda .... 100

• ESERCIZIO N. 9 – Costruzione di un piezometro in monofalda .... 103

• ESERCIZIO N.10 – Spurgo di un piezometro.............................. 106

• ESERCIZIO N. 11 – Calcolo della diminuzione di composti organici aromatici dovuta alla biodegrabilità .......................................... 109

• ESERCIZIO N.12 – Calcolo della velocità di contaminazione ....... 111

• ESERCIZIO N.13 – Permeabilità dei terreni ................................ 114

• ESERCIZIO N.14 – Valutazione dello “sbilanciamento ionico” .... 115

• ESERCIZIO N. 15 – Individuazione dei parametri al di sopra delle concentrazioni soglia di contaminazione ........... 117

• ESERCIZIO N.16 – Velocità lineare media ................................. 119

• ESERCIZIO N. 17 – Diffusione e dispersione .............................. 120

• ESERCIZIO N. 18 – Definizione del plume d’inquinamento .......... 122

• ESERCIZIO N. 19 – Definizione del plume d’inquinamento .......... 125

• ESERCIZIO N. 20 – Soglie di attenzione degli inquinanti............. 128



CAPITOLO 2

CONTROLLI SUI POZZI IDRICI ...................................................129

2.1 Collaudo del pozzo .............................................................129

2.2 Inclinazione e deviazione del pozzo ......................................129

2.3 Resistenza allo schiacciamento idrostatico ..............................131

2.4 Resistenza alla compressione ................................................133

2.5 Prova di emungimento ..........................................................134

2.6 Attrezzatura per le prove di pompaggio .................................135

2.7 Prova di portata a gradini ....................................................135

2.8 Prova di emungimento a gradini di portata .............................142

2.8.1 Curva portata – depressione .................................. 143

2.8.2 Curva caratteristica del pozzo................................ 145

2.8.3 Stima dei parametri B e C della curva caratteristica ....................................... 145

2.8.4 Efficienza del pozzo ............................................. 146

2.8.5 Curva portata specifica – abbassamenti .................. 147

2.9 Prova di emungimento a portata costante ...............................147

2.9.1 Curva portata costante – depressione...................... 148

2.9.2 Calcolo dei parametri idraulici ............................... 148

2.9.2.1 Procedura speditiva........................................... 148

2.9.2.2 Regime di equilibrio .......................................... 149

2.9.2.3 Pozzo in falda artesiana con un piezometro ........ 151

2.9.2.4 Pozzo completo in falda artesianacon un solo piezometro...................................... 152

2.9.2.5 Regime di non equilibrio ................................... 153

2.9.2.6 Pozzo completo in falda artesiana con due piezometri ........................................... 154

2.10 Scelta del dreno ..................................................................156

2.11 Dimensionamento della zona di rispetto dei pozzi ...................157• ESERCIZIO N. 1 – Misura della deviazione

della tubazione ...................................................................... 159


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• ESERCIZIO N. 2 – Calcolo della resistenza allo schiacciamento ed alla compressione............................................................... 160

• ESERCIZIO N. 3 – Prova di emungimento a portata variabile (gradini di portata) .................................................................. 161

• ESERCIZIO N. 4 – Prova di portata a portata costante................. 164

• ESERCIZIO N. 5 – Stima dei parametri idraulici di un acquifero libero con un piezometro.................................167

• ESERCIZIO N. 6 – Stima dei parametri idraulici di un acquifero libero con due piezometri ...............................168

• ESERCIZIO N. 7 – Stima dei parametri idraulici di un acquifero confinato ....................................................169




CAPITOLO 3

INTRUSIONE SALINA NELLE FALDE COSTIERE ........................177

3.1 Il modello concettuale .........................................................177

3.2 Modelli numerici .................................................................179

3.2.1 Acquifero libero ricaricato uniformemente dalla pioggia ...................................................... 179

3.2.2 Acquifero confinato .............................................. 182

• ESERCIZIO N. 1 – Intrusione del cuneo salato (acquifero libero) .................................................................... 187


• ESERCIZIO N. 3 – Intrusione del cuneo salato (acquifero confinato)................................................................ 190

• ESERCIZIO N. 4 – Sollevamento dell’interfaccia (Upconing) ......... 192

• ESERCIZIO N. 5 – Intrusione del cuneo salato (acquifero confinato) .........................................................193




CAPITOLO 4

CONTROLLI GEOTECNICI NELLA COSTRUZIONE DELLE DISCARICHE ...................................................................197

4.1 Formazione di rilevati (argine di valle) ...................................197

4.1.1 Pianificazione dei lavori: qualificazione dei materiali ................................... 197

4.1.2 Preparazione del piano di posa degli strati del rilevato ...........................................198

4.1.3 Requisiti di portanza ............................................ 198

4.1.4 Materiali per il rilevato ......................................... 199

4.1.5 Posa in opera, compattazione e protezione del materiale del rilevato ....................................... 201

4.2 Barriera di confinamento artificiale ........................................202

4.2.1 Modalità costruttive e di controllo dei dispositivi di barriera........................................................... 203

4.2.2 Caratteristiche geotecniche del materiale argilloso (Qualificazione) ...................................................203

4.2.2.1 Classificazione geotecnica ................................. 203

4.2.3 Curva di compattazione Proctor Standard (ASTM D 698) .....................................................204

4.2.4 Permeabilità......................................................... 204

4.2.5 Preparazione del piano di posa ............................. 205

4.2.6 Controlli sul piano di posa ..................................... 205

4.2.7 Modalità di posa in opera e compattazione del materiale argilloso ...........................................205

4.2.7.1 Approvazione................................................... 205

4.2.7.2 Operazioni di stesura ........................................ 205

4.2.7.3 Compattazione ................................................. 206

4.3 Controlli di qualità in corso d’opera .......................................206

4.3.1 Grado di addensamento o di compattazione dello strato .......................................................... 206

4.3.2 Campioni indisturbati ............................................ 207

4.4 Geocomposito bentonitico ...................................................209

4.4.1 Modalità di posa in opera .................................... 210


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4.4.2 Prove di accettazione e controllo ............................ 210

4.5 Geomembrana in HDPE .......................................................210

4.5.1 Modalità di posa in opera..................................... 210

4.5.2 Caratteristiche della geomembrana ........................ 211

4.5.3 Prove di accettazione e controllo ............................ 212

4.5.4 Controllo visivo .................................................... 212

4.5.5 Collaudi delle saldature ....................................... 212

4.5.6 Prove distruttive sulla geomembrana in HDPE........... 213

4.6 Formazione del drenaggio ...................................................213

4.6.1 Requisiti del materiale inerte .................................. 213

4.7 Sovrastruttura del piazzale e opere accessorie ........................214

4.7.1 Prove di controllo ................................................. 214

4.8 Perforazione e messa in opera dei lisimetri .............................214

4.8.1 Modalità esecutive ............................................... 215

4.9 Sistema di monitoraggio geoelettrico .....................................216

• ESERCIZIO N. 1 – Controllo piano di posa ................................ 217

• ESERCIZIO N. 2 – Controllo di accettazione sui materiali per la formazione del rilevato di valle........................................ 218

• ESERCIZIO N. 3 – Controllo di qualità sui materiali per la formazione del rilevato di valle.....................................219

• ESERCIZIO N. 4 – Tempo di attraversamento della barriera di confinamento artificiale ...................................................222

• ESERCIZIO N. 5 – Controlli di accettazione sul materiale minerale per la realizzazione della barriera di confinamento artificiale ...... 223

• ESERCIZIO N. 6 – Controlli di qualità sugli strati per la realizzazione della barriera di confinamento artificiale ................................225

• ESERCIZIO N. 7 – Prove distruttive sulla geomembrana in HDPE... 227

• ESERCIZIO N. 8 – Capacità drenante dello strato drenante ......... 229

• ESERCIZIO N. 9 – Formazione del drenaggio ............................ 230

• ESERCIZIO N. 10 – Controlli di qualità sull’area adibita a piazzale................................................................... 231

• ESERCIZIO N. 11 – Perforazione e messa in opera dei lisimetri.... 232

• ESERCIZIO N. 12 – Monitoraggio geoelettrico ........................ 235



CAPITOLO 5

CONTROLLI GEOTECNICI SUI PALI DI FONDAZIONE ...............237

5.1 Controlli non distruttivi ..........................................................237

5.2 Prova SIT (Sonic Integrity Testing) ...........................................237

5.3 Interpretazione dei dati ........................................................238

5.4 Prova di Cross-Hole di Sonic Logging (CSL) ............................239

5.5 Prova di carico su pali .........................................................241

5.5.1 Normativa di riferimento........................................ 241

5.5.2 Prove di progetto su pali pilota (§ 6.4.3.7.1) ........... 241

5.5.3 Prove di verifica in corso d’opera (§ 6.4.3.7.2) ....... 242

5.5.4 Procedura ............................................................ 244

5.5.5 Procedure di carico di breve durata ....................... 245

5.5.6 Calcolo del carico limite ........................................ 247• ESERCIZIO N. 1 – Prova SIT (Sonic Integrity Testing)................... 249• ESERCIZIO N. 2 – Prova SIT (Sonic Integrity Testing)................... 250• ESERCIZIO N. 3 – Prova di Cross-Hole di Sonic Logging (CSL)..... 251• ESERCIZIO N. 4 – Prova di carico verticale ............................... 253• ESERCIZIO N. 5 – Prova di carico verticale............................ 256

CAPITOLO 6

CONTROLLI GEOTECNICI SULLE FRANE ...................................259

6.1 Misure inclinometriche ..........................................................259

6.2 Procedura di calcolo e rappresentazione dei risultati ...............260

6.3 Procedura d’installazione dell’inclinometro .............................265

6.4 Monitoraggio della pressione interstiziale ...............................267

6.4.1 Piezometro a tubo aperto....................................... 268

6.4.2 Misura del livello della falda .................................. 268

6.4.3 Frequenza e durata delle misure............................. 269

6.4.4 Regime di pressioni neutre ..................................... 269

6.4.5 Piezometro idraulico tipo Casagrande..................... 270

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6.4.6 Piezometri pneumatici ........................................... 273

6.4.7 Piezometri a corda vibrante ed elettrici ................... 274

6.4.8 Determinazione della pressione dei pori.................. 275• ESERCIZIO N. 1 – Elaborazione di misure inclinometiche ........... 276• ESERCIZIO N. 2 – Pressione dei pori......................................... 278• ESERCIZIO N. 3 – Pressione dei pori......................................... 279• ESERCIZIO N. 4 – Pressione dei pori......................................... 280• ESERCIZIO N. 5 – Pressione dei pori dovuta ad un sovraccarico .. 282

CAPITOLO 7

PROVE DI CONTROLLO SUI TIRANTI ........................................283

7.1 Controlli sulla malta di iniezione ...........................................283

7.2 Controlli sull’aggressività delle acque nei confronti della malta di iniezione ........................................................283

7.3 Controlli sulla corrosione ......................................................284

7.4 Controlli sulla profondità di perforazione ...............................285

7.5 Prove di carico (NTC, § 6.6.4) .............................................286

7.6 Tesatura e collaudo .............................................................287• ESERCIZIO N. 1 – Tesatura e collaudo del tirante ....................... 289• ESERCIZIO N. 2 – Tesatura e collaudo del tirante ....................... 291

CAPITOLO 8

CONTROLLI GEOTECNICI NELLA COSTRUZIONE DELLE STRADE .........................................................................293

8.1 Formazione del corpo stradale ..............................................293

8.1.1 Qualità e provenienza dei materiali........................ 293

8.1.2 Prove di controllo in fase esecutiva ......................... 293

8.1.3 Classificazione del materiale ................................. 294

8.2 Preparazione del piano di posa ............................................294

8.2.1 Controlli sul piano di posa..................................... 295

8.3 Strati anticapillari ................................................................296



8.4 Rilevati in terra naturale ........................................................297

8.4.1 Posa in opera....................................................... 297

8.4.2 Compattazione..................................................... 298

8.4.3 Controllo delle forniture ......................................... 299

8.4.4 Controlli prestazionali sugli strati finiti ..................... 300

8.5 Sottofondo ..........................................................................302

8.5.1 Messa in opera del sottofondo ............................... 302

8.5.2 Controllo delle forniture ......................................... 303

8.5.3 Controllo della densità e della portanza .................. 303• ESERCIZIO N. 1 – Controllo del piano di posa

del corpo stradale................................................................... 305• ESERCIZIO N. 2 – Controllo di accettazione sui materiali

per la formazione del corpo stradale .................................... 306• ESERCIZIO N. 3 – Formazione dello strato anticapillare.............. 307• ESERCIZIO N. 4 – Controllo di qualità sui materiali

per la formazione del corpo stradale ........................................ 309

CAPITOLO 9

MIGLIORAMENTO DEI TERRENI IN CONDIZIONI SISMICHE ........................................................311

9.1 Compattazione dei terreni ....................................................311

9.2 Compattazione pesante (Heavy tamping) ...............................312

9.2.1 Modello di griglia d’impatto .................................. 316

9.3 Trattamento con la tecnica della vibrocompattazione (Vibro-Compaction) ..............................................................318

9.4 Trattamento con colonne di ghiaia (Vibro stone columns) .........322

9.5 Trattamento con cariche esplosive ..........................................323

9.6 Compattazione con dreni di ghiaia .......................................325• ESERCIZIO N. 1 – Compattazione pesante................................ 328• ESERCIZIO N. 2 – Vibrocompattazione ................................. 329• ESERCIZIO N. 3 – Trattamento con cariche esplosive.................. 330• ESERCIZIO N. 4 – Trattamento con colonne di ghiaia ................. 331• ESERCIZIO N. 5 – Compattazione con dreni di ghiaia................ 332

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CAPITOLO 10

SISMICITA’ DEL TERRITORIO ..................................................333

10.1 Zonazione sismogenetica .....................................................333

10.2 Utilizzo della magnitudo ......................................................337

10.3 Valutazione del rischio sismico con il metodo storico-statistico ..337

10.4 Relazioni di attenuazione .....................................................338

10.5 Amplificazione sismica ........................................................340

10.5.1 Fattori litologici .................................................... 341

10.5.2 Fattori morfologici ................................................ 341

10.5.3 Metodo ID ........................................................... 342

10.5.4 Metodo approssimato del rapporto di impedenza sismica (1D) .................................... 342

10.5.5 Metodo di Midorikawa (1987) .............................. 344

10.5.6 Metodo di Borcherdt e al. (1991)........................... 344

10.5.7 Metodo di Medvedev............................................ 345

• ESERCIZIO N. 1 – Valutazione della magnitudo con le zone sismogenetiche .................................................347

• ESERCIZIO N. 2 – Valutazione della magnitudo con la procedura D.M. infrastrutture 14 gennaio 2008 .....................................347

• ESERCIZIO N. 3 – Valutazione della magnitudo con le relazioni di attenuazione ................................................................348

• ESERCIZIO N. 4 - Valutazione della magnitudo con il metodo della “distanza inversa” .....................................................349

• ESERCIZIO N. 5 – Valutazione del rischio sismico ...................... 350

• ESERCIZIO N. 6 – Valutazione del rischio sismico .................... 353

• ESERCIZIO N. 7 – Accelerazione massima ............................... 359

• ESERCIZIO N. 8 – Fattore di amplificazione............................... 360

• ESERCIZIO N. 9 – Fattore di amplificazione con il metodo di Medvedev ...................................................................361

• ESERCIZIO N. 10 – Fattore di amplificazione con il metodo 1D ... 362

• ESERCIZIO N. 11 – Strato omogeneo viscoso-elastico su substrato deformabile (1D) ..............................................363



CAPITOLO 11

CARATTERIZZAZIONE FISICO – MECCANICA DEI TERRENI .....365

11.1 Costanti elastiche .................................................................365

11.2 Correlazioni SPT, CPT e parametri geotecnici .....................366

11.3 Lista dei principali simboli usati nelle formule ..........................381

• ESERCIZIO N. 1 - Calcolo dei parametri geotecnici dinamici ....... 383• ESERCIZIO N. 2 - Calcolo della velocità delle onde di taglio

da prove SPT e CPT .......................................................... 384• ESERCIZIO N. 3 - Calcolo del modulo elastico

da prove SPT e CPT.......................................................... 385• ESERCIZIO N. 4 - Calcolo del modulo di taglio iniziale

da prove SPT e CPT................................................................. 386• ESERCIZIO 5 - Calcolo del peso di volume da prove SPT e CPT.... 386

CAPITOLO 12

PERICOLOSITÀ SISMICA DI BASE ..............................................387

12.1 D.M. 14 gennaio 2008 (N.T.C.) ..........................................387

12.2 Accelerazione massima attesa in superficie .............................388

12.3 Amplificazione stratigrafica ..................................................388

12.4 Amplificazione topografica ...................................................390

12.5 Spettro di risposta ................................................................391

• ESERCIZIO N. 1 - Accelerazione massima al suolo .................... 394• ESERCIZIO N. 2 - Spettro di risposta sismica locale .................... 396• ESERCIZIO N. 3 - Spettro di risposta elastica del sito .................. 397

CAPITOLO 13

BIBLIOGRAFIA ...........................................................................403


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PREMESSA

Dopo aver passato anni a sviluppare procedure di calcolo per software tec-nici, ho deciso di diffondere sia i presupposti teorici che le metodologie di cal-colo necessarie per la determinazione dei risultati numerici.

Questo terzo volume, ideato non solo per gli studenti ma anche per il giova-ne professionista, può essere considerato come un manuale dove trovare i pre-supposti teorici e le metodologie di base per la risoluzione di problemi diingegneria geotecnica e di geologia applicata.

Per la scelta e l’organizzazione dei temi che riguardano i controlli sullecostruzioni e le opere infrastrutturali, ho tenuto conto il più possibile del gradodi complessità, della frequenza di applicazione e della tipologia dei quesiti dicontrollo richiesti dalle principali norme nazionali ed internazionali relative aispecifici parametri misurabili.

Vi invito a segnalarmi non solo gli errori, ma eventuali suggerimenti o com-menti in modo da effettuare le modifiche necessarie per un continuo migliora-mento del testo.

Giulio Riga

EserciziVol.3.book Page 17 Wednesday, March 14, 2012 3:17 PM

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INTRODUZIONE

Questo testo nasce essenzialmente da una raccolta di esercizi sviluppati peressere utilizzati nelle diverse situazioni di lavoro che si sono presentate e neiprogrammi di calcolo automatico realizzati a partire dal 1985.

Il libro, sia nelle sue parti che nel suo insieme, si configura come un manuale pra-tico aggiornato e di duttile impiego che contiene una vasta selezione di esercizi svolti.

Lo scopo principale è quello di offrire una panoramica delle possibilità dicalcolo che si hanno nel campo dell’ingegneria geotecnica e nella geologiaapplicata e di far acquisire il metodo di calcolo per lo svolgimento dei problemiproposti utilizzando solo carta e penna.

Le procedure di calcolo proposte, sperimentate da vari autori in casi reali,presuppongono un minimo di conoscenze teoriche delle tematiche trattate.

Ho ritenuto utile presentare ciascun esercizio accompagnato da una brevedescrizione del tema trattato, dei metodi di calcolo utilizzati e delle formule neces-sarie per risolverlo con il fine di aiutare il lettore nella risoluzione degli esercizi.

Per maggiori approfondimenti si consiglia al lettore di consultare i testi dovei temi proposti e le procedure utilizzate sono trattati con maggior dettaglio.

Il volume esplora alcuni dei più importanti argomenti dell’ingegneria geotec-nica e della geologia applicata:

- Monitoraggio ed inquinamento delle acque sotterranee.

- Controlli sui pozzi idrici.

- Intrusione marina nelle acque costiere.

- Controlli geotecnici nella costruzione delle discariche.

- Controlli geotecnici sui pali di fondazione.

- Controlli geotecnici sulle frane.

- Controllo geotecnici sui tiranti.

- Controlli geotecnici sulle strade.

- Miglioramento dei terreni in condizioni sismiche.

- Sismicità del territorio.

- Caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni.

- Pericolosità sismica di base.


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CAPITOLO 3

INTRUSIONE SALINA NELLE FALDE COSTIERE

3.1 Il modello concettuale

L’intrusione dell’acqua salata diventa un problema nelle zone costieredove le acque dolci sotterranee sono idraulicamente connesse con acquadi mare.

L’acqua dolce (1 g/cm3), avendo un a densità inferiore a quelladell’acqua salata (circa 1,022 - 1.031g/cm3), galleggia su quest’ultimaformando un cuneo salino delimitato dall’interfaccia su cui poggia e simuove.

L’interfaccia si presenta come uno strato di acqua salina di spessore econcentrazione variabili dovuto al mescolamento dell’acqua dolce esalata in proporzioni diverse.

Lo spostamento laterale di acqua salata può verificarsi a causa di estra-zione di acqua dolce mediante pozzi (la causa più frequente), ma puòanche essere causato da una diminuzione di ricarica o un aumento dellivello del mare.

Se l’equilibrio idraulico del sistema delle acque sotterranee costiero è per-turbato, per esempio a causa di estrazione da pozzi, l’interfaccia internasi sposta verso il punto di estrazione.

Nella figura 3.1 è rappresentata una falda freatica sostenuta da unostrato impermeabile, che si muove verso la linea di costa con traiettorieconvergenti e di conseguenza con velocità crescente all’avvicinarsi allasezione di sbocco.



La conseguenza di un’interferenza attiva dovuta al pompaggio di acqua dolceper mezzo di pozzi è lo spostamento molto rapido dell’interfaccia acqua sala-ta-acqua dolce verso i pozzi.Il movimento non si ferma fino a che non ha raggiunto il punto basso del gra-diente idraulico, ovvero il centro di pompaggio.

Figura 3.1Schema del

fenomenodell’intrusionemarina in unafalda freatica

costiera

Figura 3.2Interferenzaattiva in un

acquiferoconfinato

Figura 3.3Risalita salina

sotto un pozzoparzialmente

penetrante in unacquifero libero

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3.2 Modelli numerici

I modelli analitici possono essere utilizzati per prevedere la posizione delcuneo salato e quindi, aiutare le decisioni nella gestione dei campi pozzi.

3.2.1 Acquifero libero ricaricato uniformemente dalla pioggia

1) Teoria di Ghyben-Herzberg

Il bilancio idrostatico tra acqua dolce ed acqua salata in un qualunque puntoA sull’asse dell’interfaccia salina può essere espresso da:

da cui si ricava

dove

hf = quota sul livello del mare della superficie dell’acqua dolce in corrisponden-za del punto A;

Z = profondità sotto il livello del mare del punto A;

γd = 1000 g/cm3, densità dell’acqua dolce;

γs = 1020 - 1030 g/cm3, densità dell’acqua di mare.

Indicando con

Coefficiente di Ghyben-Herzberg

Assumendo γs = 1025 g/cm3 e γd = 1000 g/cm3

H = 40 metri.

Nella procedura di Ghyben-Herzberg l’interfaccia è assunta rigida e i fluidisono immiscibili.

)( ZhZ fds

fds

d hZ

ds

dG

fhGZ



La lunghezza dell’interfaccia acqua salata - acqua dolce è data dalla seguenteequazione:

dove

L = lunghezza dell’interfaccia acqua salata;

k = conducibilità idraulica;

G = coefficiente di Ghyben-Herzberg;

q = flusso per unità di lunghezza di litorale.

2) Relazione Ghyben-Herzberg-Depuit

Un acquifero costiero, delimitato in basso da uno strato impermeabile orizzon-tale posto a una profondità B sotto il livello del mare, in condizioni di flussostazionario è così descritto dall’equazione di Depuit:

dove

qo = flusso per unità di lunghezza;


h1 = carico idraulico per x = 0;

h2 = carico idraulico per x = L;

L = distanza lineare del flusso (distanza lineare tra il punto 1 e 2).

Figura 3.4Schema di

calcolo nellaprocedura di

Ghyben-Herzberg

0

2)1(

q

hGKL f

L

hhkq 2

21

0 2

1


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La profondità acqua dolce – acqua salata è data dalla seguente equazione:

dove

q0 = W· L = deflusso per unità di lunghezza;

con W = ricarica naturale dell’acquifero;

L = lunghezza;

x = fascia costiera (L).

La distanza terrestre x (L) rappresenta la fascia costiera, che si presume inte-ressata da qualsiasi attività di pompaggio.La falda acquifera riceve una ricarica uniforme “W” nella fascia costiera.Il sistema riceve un afflusso laterale “qi” mentre la discarica “q0” acqua dolcenel mare è pari alla somma dei flussi (W + qi) al netto delle perdite dovute alpompaggio.La distanza massima xT dell’intrusione di acqua salata può essere definita dallaseguente equazione:

Figura 3.5Flusso stazionario in un acquifero non confinato con substrato orizzontale

K

GxqxZ

02

)(

2

20

2

200 )1(

GW

zGk

W

q

W

qXT



3.2.2 Acquifero confinato

1) Teoria di Glover

Secondo Glover (1964) il flusso di acqua dolce provoca l’interfaccia a profon-dità maggiori e l’acqua fuoriesce a mare attraverso una superficie orizzontaledi lunghezza x0.

Una più esatta soluzione per descrivere la forma dell’interfaccia è fornita dallaseguente relazione:

dove q0 = Q/L discarica per unità di lunghezza di costa.

dove

G è la differenza tra la densità dell’acqua di mare e la densità dell’acqua dol-ce diviso la densità dell’acqua dolce.

La larghezza della regione attraverso la quale filtra acqua dolce sul fondo delmare è data dall’equazione:

La profondità dell’interfaccia z0 (x=0) ed il livello piezometrico sulla costa sonodati dalle equazioni:

Figura 3.6Interfaccia

acquadolce-acqua

salata per unacquifero non

confinato

2/1

02

20

2 2

k

xqG

k

qGZ

LkGQ 2

k

qGx

2

00


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;

Le formule si possono applicare ad acquiferi liberi con gradiente piezometricoridotto e con lieve inclinazione del terreno verso il mare.

Van Dam (1999) ha modificato la relazione di Glover per calcolare la lunghez-za del cuneo salino, considerando la portata della falda e la trasmissività.Assumendo una forte inclinazione dell’interfaccia tra acqua dolce e acquasalata, la lunghezza del cuneo salino, L1, in condizioni naturali è espressa da:

2/1

2

20

2

0

k

qGZ

2/1

02

k

xqGhd

Figura 3.7Posizione dell’interfaccia acqua dolce - acqua salata per la soluzione analitica di Glover

Figura 3.8Interfaccia acqua dolce-acqua salata per un acquifero non confinato

0

2

1 2 q

DkL



dove

q0 = deflusso per unità di lunghezza;


D = spessore dell’acquifero.

γd = densità dell’acqua dolce;

γs = densità dell’acqua di mare.

Se, al tempo t = 0 il deflusso qo si riduce a qa di estrazione, la lunghezza delcuneo salino L2 diventa:

Quando viene emunta acqua da un pozzo ubicato sopra l’interfaccia, essa sisolleva.

Schmorak e Mercado (1969) hanno fornito una soluzione analitica approssi-mativa per stimare il sollevamento dell’interfaccia (fenomeno definito “upco-ning”).

La loro soluzione dà l’elevazione del nuovo equilibrio in risposta al pompaggiocon la seguente equazione:

d

ds

)(2 0

2

2aqq

DkL

Figura 3.9Interfaccia acqua

dolce-acquasalata per un

acquiferoconfinato


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doveZ = nuova altezza;Q = portata di pompaggio;d = distanza tra la base del pozzo e l’interfaccia originaria.

Anche Dagan e Orso (1968) suggeriscono che l’interfaccia rimane stabile sel’altezza di “upconing” non supera un terzo di “d”. Dalla formula precedente si ricava la portata di pompaggio massima che nondeve essere superata per evitare il sollevamento dell’interfaccia.

Lo spostamento dell’interfaccia è instabile e la rottura dell’acqua salata avvienedurante il pompaggio se il rapporto z/d è più grande di circa 0,5.

Tab. 3.1 - Valori rappresentativi dei parametri fisici associati con vari tipi di acquiferi

MATERIALE POROSITÀ (%)RESA SPECIFICA

(%)CONDUCIBILITÀ

IDRAULICA (m/giorno)

Ghiaia grossolana 28 23 150

Ghiaia media 32 24 270

)(2 ds

f

kd

QZ

d

dskdQ

)(6,0 2

max

Figura 3.10Sollevamento dell’interfaccia a seguito di pompaggio da pozzo (Upconing)



Ghiaia fine 34 25 450

Sabbia grossolana 39 27 45

Sabbia media 39 28 12

Sabbia finissima 43 23 2.5

Limo 46 8 0,08

Argilla 42 3 0,0002

Arenaria a grana fine 33 21 0,2

Arenaria a grana media 37 27 3,1

Calcare 30 14 0,94

Dolomite 26 0,001

Sabbia di duna 45 38 20

Loess 49 18 0,08

Torba 92 44 5,7

Scisto 38 26 0,2

Ardesia 0,00008

Tufo 41 21 0,2

Basalto 17 0,01

Gabbro alterato 43 0,2

Granito alterato 45 1,4

Tab. 3.1 - (segue) Valori rappresentativi dei parametri fisici associati con vari tipi di

MATERIALE POROSITÀ (%)RESA SPECIFICA

(%)CONDUCIBILITÀ

IDRAULICA (m/giorno)


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ESERCIZIO N. 1 – Intrusione del cuneo salato (acquifero libero)

Calcolare la profondità dell’interfaccia acqua dolce – acqua salata utiliz-zando i seguenti dati:

Profondità dell’acqua dolce sopra il livello medio del mare = 3,5 m

Densità di acqua dolce = 0,995 g/cm3

Densità dell’acqua salata sottostante è 1,025 g/cm3.

SOLUZIONE

Calcolo della profondità dell’interfaccia acqua dolce – acqua salata

hHds

d

mH 1165,3995,0025,1

995,0



ESERCIZIO N. 2 – Intrusione del cuneo salato (acquifero libero)

Calcolare la lunghezza del cuneo salino e lo spessore dell’acqua dolce nelpunto di osservazione A utilizzando i seguenti dati:

Quota dello strato impermeabile sotto il livello del mare h0 = -85 m

k = 2 · 10-2 cm/sec (coefficiente di permeabilità)

v0 = 6 · 10-5 cm/sec (velocità)

Quota del terreno nel punto A = 2,54 m

Quota del terreno nel punto B = 3,92 m

Livello della falda nel punto A PA= 1,95 m

Livello della falda nel punto B PB= 2,97 m

SOLUZIONE

Calcolo del gradiente idraulico

ds

dG

Figura 3.11Schema di

calcolo

003,0102

106

2 2

500

k

v

L

hi


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Con

Calcolo della lunghezza del cuneo salino

Calcolo dello spessore dell’acqua dolce nel punto A

G/1

mi

hL 16,354

003,02

85025,0

20

mP

Z A 78025,0

95,1



ESERCIZIO N. 3 – Intrusione del cuneo salato (acquifero confinato)

Calcolare la profondità dell’interfaccia acqua salata-acqua dolce in un puntoA ubicato a 110 m dalla costa, l’elevazione della falda freatica sopra illivello medio del mare nel punto A, la profondità dell’interfaccia sulla costae la larghezza del deflusso a mare.

Dati di calcolo

Conducibilità idraulica media = 2,85 m/giorno

Densità dell’acqua dolce = 1,000 g/cm3

Densità dell’acqua salina sottostante = 1,025 g/cm3.

Scarico terra-acqua per unità di larghezza della linea di costa = 0,00425m2/ giorno.

SOLUZIONE

Calcolo del coefficiente di Ghyben-Herzberg

Calcolo della profondità dell’interfaccia acqua salata nel punto A

Si utilizza la formula di Glover

Calcolo dell’elevazione della falda freatica sopra il livello medio del mare nelpunto A

Calcolo della profondità alla interfaccia acqua salata sulla costa (x = 0)

40000,1025,1

000,1

ds

dG

2/1

02

20

2 2)(

k

xqG

k

qGZ A

mZ A 62,385,2

11000425,0402

85,2

00425,0)40(2/1

2

22

2/1

02

kG

xqh

mh 091,085,240

11000425,022/1


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Calcolo della larghezza del deflusso a mare.

2/1

02

20

2

0

2

k

xqG

k

qGZ

mZ 069,0085,2

00425,0402/1

2

22

0

k

qGx

2

00

mx 030,085,22

00425,0400



ESERCIZIO N. 4 – Sollevamento dell’interfaccia (Upconing)

Da pozzo la cui base si trova a 40 metri sopra l’interfaccia acqua dolce –acqua salata viene emunta una portata di 30 l/sec.

Calcolare il sollevamento dell’interfaccia e la portata massima estraibile uti-lizzando i seguenti dati:

Conducibilità idraulica media= 45 m/giorno

Densità dell’acqua dolce = 1,000 g/cm3


SOLUZIONE

Calcolo dell’altezza di sollevamento dell’interfaccia

Calcolo della portata massima

mkd

QZ

ds

d 17,9)000,1025,1(454014.32

000,12592

)(2

giornomkd

Qd

ds /5,3308025,1

)000,1025,1(454014,36,0)(6,0 322

max

Figura 3.12Schema di

calcolo


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ESERCIZIO N. 5 – Intrusione del cuneo salato (acquifero confinato)

Calcolare la lunghezza del cuneo salino in condizioni naturali e sotto pom-paggio utilizzando i seguenti dati.

Conducibilità idraulica media = 45 m/giorno

Densità dell’acqua dolce = 1,000 g/ cm3


Gradiente idraulico = 10-3

Spessore dell’acquifero = 40 m

Altezza della falda = 8 m

SOLUZIONE

Si utilizza la formula di Van Dam (1999)

Calcolo del deflusso per unità di lunghezza q0

dove “T” è la trasmissività e “i” il gradiente idraulico.

Calcolo della lunghezza del cuneo salino in condizioni naturali

Calcolo della lunghezza del cuneo salino sotto pompaggio.

L’installazione del campo pozzi riduce la portata del 50%

025,0000,1

000,1025,1

s

ds

kmgiornomgiornomiTq //1800/8,1001,04045 320

mq

DkL 500

8,12

4045025,0

2

2

0

2

1

mq

DkL 1000

2/8,12

4045025,0

2

2

0

2

2


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