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Applicazione della tecnologia TDR per la misura estesa dell’umidità dei terreni

L’aspetto trattato nel presente lavoro sperimentale è quello dell’applicazione della tecnica della riflettometria per la ricerca del contenuto d’acqua nei suoli.
Partendo quindi dalle conoscenze già maturate in letteratura tecnica, nell’ ambito della ricerca sperimentale, ed attesi i limiti applicativi dell’utilizzo tradizionale dello strumento per il calcolo del contenuto d’acqua, si è cercato di pervenire ad una nuova possibile applicazione della ben nota tecnologia, che potesse fornire alternative funzionali ai predetti limiti.
Il limite sostanziale della tecnologia TDR (Riflettometria nel Dominio Temporale), come ben noto, consta nella esiguità del volume di terreno che le sonde sono in grado di analizzare. Il contenuto d’acqua stimato infatti, è sempre solo quello relativo ad una porzione di terreno notevolmente ristretta e contenuta all’interno della linea di trasmissione rappresentata dalle aste della sonda, di qualunque tipologia e numero si tratti. La variabilità spaziale del mezzo, comporta la necessità di valutare medie spaziali e, in alcuni casi, statistiche di ordine superiore. L’aumento del numero di sonde necessarie per tali valutazioni, oltre a tradursi in ovvi aggravi economici, non può mai essere tale da ricoprire efficacemente l’intero sito di monitoraggio.
Al problema su esposto si aggiunge quello relativo alla esigua profondità di ispezione delle sonde: esse, di lunghezza massima di circa 20 cm e installate verticalmente verso il basso dal piano campagna, possono fornire informazioni solo relativamente alla porzione più superficiale del suolo, il cui contenuto d’acqua è molto sensibile sia ai fenomeni di evapotraspirazione che di precipitazione meteorica anche di scarsa durata ed intensità.
I dati relativi al solo contenuto d’acqua superficiale possono risultare insufficienti per tutti gli studi che richiedono la misura dell’infiltrazione d’acqua anche a profondità più elevate, come ad esempio il monitoraggio dell’umidità per fini preventivi all’innesco delle colate di fango.
Il presente lavoro sperimentale, lungi dalla presunzione e dall’aspettativa di dirimere tutte le problematiche su esposte, rappresenta uno studio finalizzato al superamento di alcune delle criticità riscontrate nelle attuali applicazioni, risolvendo in particolare il problema della puntualità.
La soluzione alle problematiche menzionate, è stata individuata nella sostituzione delle tradizionali sonde con dei cavi conduttori in rame, di lunghezza ben superiore alle dimensioni delle convenzionali aste TDR e per di più collocati orizzontalmente alla superficie del piano di campagna alla profondità di interesse. Il valore del contenuto d’acqua rilevato si presume possa essere rappresentativo di un valore medio dell’intero volume di terreno attraversato dalla linea di trasmissione dei cavi.

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1 INTRODUZIONE Le informazioni sull’ umidità dei suoli sono di fondamentale importanza per numerosi studi ingegneristici ,data la stretta correlazione tra le proprietà meccaniche dei terreni con il loro contenuto d’acqua, ed agronomici. Nell’ingegneria idraulica e geotecnica il monitoraggio e la misura diretta del contenuto d’acqua, insieme con altri fattori condizionanti la stabilità dei pendii ( quali la suzione, le piogge, la temperatura, la velocità del vento e la radiazione solare), costituiscono una fase indispensabile per la comprensione e prevenzione dei fenomeni di innesco di colate di fango e forniscono dunque un utile contributo di conoscenze nelle varie fasi di gestione di un pendio. Infatti, secondo l’esperienza finora maturata, l’innesco delle colate di fango è molto rapido e l’evoluzione degli spostamenti precedenti la rottura si sviluppa in un intervallo di tempo troppo breve per trarne informazioni utili ai fini di protezione civile; ciò detto, non appaiono di particolare rilievo le misure di spostamenti superficiali e profondi quanto invece sono determinanti le misure riguardanti la temperatura e l’umidità dei suoli. Il contenuto d’acqua delle coltri piroclastiche su pendio, è soggetto a continue variazioni di tipo stagionale in dipendenza dei fattori climatici. Dal piano campagna, le perturbazioni prodotte dai fattori climatici si propagano nel sottosuolo con velocità regolata dalle proprietà idrauliche dei terreni. In punti particolari ubicati in profondità, possono verificarsi risposte relativamente rapide anche in relazione a precipitazioni molto brevi, a causa di condizioni singolari dovute a collegamenti idraulici preferenziali con il piano campagna per la presenza di fratture aperte, di scavi, di livelli continui di terreno molto permeabile. I meccanismi di infiltrazione dipendono quindi da più fattori, quali la struttura del sottosuolo, le condizioni al contorno e le caratteristiche di conducibilità idraulica dei terreni che lo costituiscono. Le variazioni di suzione ( e quindi le variazioni della coesione apparente) sono pertanto una conseguenza dei processi d’infiltrazione, che producono una progressiva modifica del contenuto d’acqua e del grado di saturazione. Il collasso del versante si verifica per valori critici della suzione, dipendenti dalla sua morfologia e dalle proprietà dei terreni. Per morfologie dolci e resistenza al taglio elevata, esso può verificarsi solo a seguito della completa saturazione dei terreni e della eventuale formazione di un battente idrico. Per l’uso delle risorse idriche da impiegare nelle pianure irrigue, il monitoraggio dell’umidità dei terreni è il punto di partenza per una oculata gestione della risorsa, spesso insufficiente per gli usi irrigui e comunque sempre in concorrenza con gli usi civili ed industriali. Un attento management comporta da un lato una limitazione degli sprechi e dall’ altro un’ ottimizzazione nell’uso dell’ acqua, coerentemente con le stime dei fabbisogni delle piantagioni nei diversi stadi fisiologici, onde evitare l’insorgenza di fenomeni di stress idrico. Anche in ingegneria stradale è utile la conoscenza del contenuto di umidità dei suoli per gli aspetti legati alla suscettibilità del comportamento meccanico dei materiali da costruzione all’ acqua e per le analisi di costipabilità dei materiali sciolti, per le quali è indispensabile la conoscenza del valore di umidità all’ “ottimo Proctor” di provini di terreno estratti in situ.

Laurea liv.II (specialistica)

Facoltà: Ingegneria

Autore: Nicola De Paolis Contatta »

Composta da 140 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.