Le prove di permeabilità

Per definire la permeabilità di una zona possono essere fatte delle prove di permeabilità di diverso tipo. Un esemprio di prove di permeabilità sono le prove di permeabilità in foro Lefranc e Lugeon.

Queste prove di permeabilità sono usate per la progettazione di opere di geo-ingegneria. E’ buona prassi eseguire delle valutazioni sulla stratigrafia superficiale e profonda; in quanto a volte siamo in presenza di elementi strutturali fragili e/o duttili che decreteranno il valore finale del coefficiente di permeabilità.

Queste prove possono essere considerate dei metodi per eccellenza nella geo-ingegneria per ottenere il coefficiente di permeabilità sia di rocce che di terreni superficiali e profondi; a volte possono fornire anche dati imprecisi, per cui l’operatore deve essere a conoscenza delle condizioni di contorno.

Ad esempio è buona pratica affiancare a queste prove delle analisi di laboratorio su campioni indistrurbati, per conoscere ad esempio la granulometria del terreno.

Le prove Lugeon possono essere utilizzate lungo le pareti di gallerie per valutare il coefficiente di permeabilità lungo fratture dell’ammasso roccioso, oppure verificare la presenza di un carsismo pervasivo.

Le prove Lefranc possono essere utilizzate per ottenere il coefficiente di permeabilità su suoli instabili. Sono tecniche semplici da utilizzare che restituiscono in breve tempo misure di tipo qualitativo.

Le prove di permeabilità Lefranc

Le prove di permeabilità Lefranc permettono di stimare il coefficiente di permeabilità di un terreno superficiale e non roccioso. Le prove possono essere di forma quadrata che circolare e le dimensioni possono essere scelte basandosi sugli strumenti di scavo disponibili. Le dimensioni aumentano all’aumentare della granulometria del suolo considerato. Mentre, Il diametro del pozzetto deve essere 10-15 volte le dimensioni della frazione granulometrica; ad esempio, se il diametro delle ghiaie è di 2 cm, la larghezza del pozzetto non deve essere inferiore a 20-30 cm. Per quanto riguarda La profondità del pozzetto è a discrezione del tecnico. Tale prova di permeabilità, si determina attraverso la realizzazione di uno scavo, lo si riempie di acqua e viene valutata la quantità di acqua che serve per mantenere il livello costante (prova a carico costante) o si valuta di abbassare il livello di acqua (prove a carico variabile). La scelta tra le due prove dipende dalle caratteristiche granulometriche e tessiturali del terreno e dove l’assorbimento dei terreni e scarso la prova a carico variabile è preferita. Tale due processi sono eseguiti secondo la normativa di riferimento AGI (1977) “Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagine geotecniche”. Di seguito verranno illustrati in dettaglio sia il metodo a carico idraulico costante e variabile.

Metodo a carico costante

Questo metodo viene eseguito immettendo acqua pulita nella zona di rivestimento, fino alla determinazione appunto di un carico idraulico costante, che coincide esattamente ad una portata assorbita dal terreno in modo costante; successivamente, è necessario verificare e controllare la portata immessa a regime idraulico costante per mezzo di un contalitri. Tuttavia, una procedura di fondamentale importanza è la taratura del contalitri che deve essere verificata in situ riempiendo un recipiente di volume noto. Inseguito, si misureranno gli abbassamenti progressivi dell’acqua a 15″, 30″, 1′, 2′, 4′, 8′, 15′ fino a quando non si è esaurita o al raggiungimento del livello di falda.

Il coefficiente di permeabilità K (m/s) viene determinato attraverso la seguente formula:

 K = \frac{Q}{F*h}

Q= portata immessa (m3 /sec);

F= fattore di forma che dipende dalla geometria della prova (m);

h= differenza di altezza del livello dell’acqua provocato dall’immissione o dall’emungimento (m).

Metodo a carico variabile

La prova consiste nell’effettuare alcune letture di livello dell’acqua in foro (h) a certi intervalli di tempo (t) annotando sia il livello dell’acqua sia il tempo di ciascuna lettura.

Si riempie con acqua fino alla estremità del rivestimento del foro e successivamente si misura il livello dell’acqua all’interno del tubo (senza immissioni) a distanza variabile di 15″, 30″, 1′, 2′, 4′, 8′, 15′, 20’, 25’, 30’, 45’, 60’ fino all’esaurimento del medesimo o al raggiungimento del livello di falda.

Le prove sempre a carico variabile al di sotto del livello di falda possono essere eseguite abbassando il livello dell’acqua nel foro di un’altezza nota e misurando la velocità di risalita del livello (prove di risalita), oppure riempiendo il foro d’acqua per un’altezza nota e misurando la velocità di abbassamento del livello (prova di abbassamento).

  • prova in risalita: si misura il livello di base della falda e successivamente si fa abbassare tale livello tramite una pompa sommersa fino ad una quota nota; sii misura con un freatimetro, la risalita del livello dell’acqua, fino al raggiungimento del livello iniziale.
  • prova in abbassamento: quando il livello della falda è stato misurato, si provvede ad immettere acqua sino ad una quota nota, misurando per tempi prestabiliti l’abbassamento per almeno 60 minuti o fino a raggiungere il livello di base. Tale tipo di prova può anche essere eseguito in assenza di falda, ma bisognerà saturare il terreno in questione.
Prova di permeabilità Lefranc. Immagine tratta da www.geofisicasrl.it

Prove di permeabilità Lugeon

Prove di permeabilità Lugeon, a differenza della prova Lefranc, può essere effettuata in fase avanzamento della perforazione, utilizzando un solo packer oppure a foro completo per mezzo di una coppia di packer. Tali pistoncini espansi vanno ad isolare la camera di prova attraverso una membrana con azoto contro le pareti del foro. In questo caso il foro deve essere privo di rivestimento. Si tratta di una prova ad iniezione di acqua attraverso la perforazione di ammassi rocciosi che hanno a sua volta una certa resistenza meccanica. Tuttavia, questo tipo di prova viene valutata per determinare la permeabilità e la fratturazione degli ammassi rocciosi, il cui valore di permeabilità si deve allo stato di fratturazione dovute a cause tettoniche oppure dovuto a fessurazioni in seguito a fenomeni di dissoluzione chimica.

La prova consiste nell’immettere acqua sotto pressione in fori di sondaggio aventi diametro tra 50 e 100 mm; successivamente all’interno del foro viene inserito un packer semplice o doppio che consentono di isolare la parte di foro da esaminare. Durante la prova, viene misurata la pressione iniezione, la portata massima e il tempo totale della prova. Infatti, per tutte le prove viene rappresentato il grafico delle portate (litro/minuto) in funzione delle pressioni in camera di iniezione.

La permeabilità della roccia misurata viene espressa in Unità Lugeon, dove 1 Lugeon corrisponde alla permeabilità di una formazione rocciosa che assorbe circa 1 litro di acqua al minuto, per ogni metro ad una pressione di 10 atmosfere.

Una volta ottenuto il valore della permeabilità sarà possibile classificare l’intensità di fratturazione dell’ammasso roccioso. Come per la prova di permeabilità Lefranc la normativa di riferimento è AGI (1977).

Approfondimenti

Per approfondire l’argomento trattato in questo post si consigliano i seguenti testi:

Il presente articolo è stato scritto dal collega Fabrizio Filipello

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