Le proprietà fisiche dei suoli condizionano il rapporto suolo/acqua/piante. Da esse dipendono la capacità di un suolo di trattenere o trasmettere l’acqua, la funzione di sostegno alle piante e di supporto alle infrastrutture, la capacità di favorire l’attività biologica nonché di influenzare i cicli dei nutrienti e la fertilità dei suoli.

Le proprietà fisiche dei suoli possono quindi essere ottimi indicatori di alcune delle funzioni svolte dal suolo ed essere utilizzate per implementare dei modelli di stima e valutazione del movimento di acqua nel sistema suolo/falda/acqua superficiale. A seconda degli indicatori le proprietà dei suoli possono essere determinate in campo, in laboratorio o stimate con l’ausilio di pedofunzioni o di matrici.

Principali Proprietà Fisico-Idrologiche del Suolo

Le principali proprietà fisico-idrologiche del suolo sono:

  • Tessitura
  • Struttura
  • Conducibilità idraulica satura (Ksat)
  • Consistenza
  • Densità apparente
  • Capacità d’acqua disponibile (AWC)

Tessitura del Suolo

Le particelle che compongono il suolo si possono suddividere in categorie dimensionali (frazioni granulometriche). Esiste una grande variabilità nelle dimensioni delle particelle, da quelle più grossolane (con diametro > 2mm) che formano lo scheletro, a quelle costituenti la terra fine, comprese tra i 2 millimetri e qualche decimo di micron (millesimo di millimetro).

La terra fine si suddivide ulteriormente in sabbia (da 2000μ a 50μ), limo (da 50μ a 2μ) e argilla (<2μ). Per tessitura s’intende la ripartizione percentuale della terra fine. Il sistema di classificazione adottato dalla Regione per la tessitura segue lo schema proposto dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti d’America (Soil Survey Division Staff, 1993).

Le diverse combinazioni di sabbia, limo e argilla vengono raggruppate in classi tessiturali. La tessitura influenza il comportamento fisico e chimico dei suoli. La dimensione delle particelle è importante ai fini delle interpretazioni ingegneristiche e agronomiche, influenza le qualità idrologiche dei suoli ed è infatti utilizzata per la classificazione di questi.

Fra le proprietà del suolo influenzate dalla tessitura ci sono il drenaggio, la capacità di trattenere l’acqua, l’aerazione del suolo, la suscettività all’erosione, il contenuto di sostanza organica e la capacità di scambio cationico.

Struttura del Suolo

La struttura è l’arrangiamento delle particelle granulometriche in aggregati che presentano forme peculiari facilmente distinguibili. Gli aggregati possono avere forma laminare, granulare, angolare, prismatica oppure il suolo può essere senza struttura (singoli granuli di sabbia o masse solide senza aggregati).

La struttura si forma in seguito al continuo alternarsi di gelo/disgelo, nel passaggio dallo stato umido a quello secco, oltre che dall’attività dei microorganismi e dalla cementazione effettuata dall’argilla, dalla sostanza organica e dai composti di ferro e alluminio.

La struttura è importante in quanto:

  • aumenta l’infiltrazione dell’acqua, riduce lo scorrimento superficiale e l’erosione ed aumenta l’acqua disponibile per le piante;
  • migliora l’emergenza delle piante, la crescita delle radici e la profondità di radicazione;
  • crea pori grandi e continui che aumentano la permeabilità.

Conducibilità Idraulica Satura (Ksat)

Per conducibilità idraulica satura (Ksat) del suolo s'intende la capacità del suolo di trasmettere l’acqua quando questo è in condizioni di saturazione. Viene espressa in cm/h. La conducibilità idrica satura è una caratteristica importante in quanto indice della facilità con cui il suolo si lascia attraversare dall’acqua.

Dipende dalle proprietà sia del mezzo poroso (geometria dei pori) che del fluido (viscosità e densità) che lo satura. Se la Ksat è alta l’acqua si muove velocemente, se bassa l’acqua si muove lentamente. La Ksat è uno dei parametri utilizzati per la descrizione del comportamento idrologico dei suoli (permeabilità, infiltrazione, bilancio idrico, gruppi idrologici).

I gruppi idrologici indicano il comportamento potenziale dei suoli nel generare scorrimento superficiale dell’acqua.

Fattori che Influenzano la Ksat

I fattori che influenzano la Ksat sono:

  • La tessitura: le dimensioni dei pori diminuiscono con le dimensioni delle particelle e conseguentemente suoli a tessitura fine sono meno permeabili;
  • La presenza di sostanza organica: favorisce la struttura del suolo e aumenta la stabilità degli aggregati;
  • La struttura: è relazionata alla continuità dei pori, un suolo ben strutturato è più permeabile di un suolo poco strutturato;
  • La presenza di canali formati dalle radici o dall’attività biologica;
  • Le dimensioni e la continuità dei pori: tanto più i pori sono continui e sufficientemente grandi da permettere il passaggio di acqua ed aria, tanto più l’acqua si muove velocemente.

Consistenza del Suolo

La consistenza descrive la resistenza di un suolo, a diversi stadi di umidità, agli sforzi meccanici o alla manipolazione. Esprime le forze coesive ed adesive che tengono insieme le particelle (plasticità e adesività).

La consistenza è influenzata dalla quantità e dal tipo di argilla presente nel suolo ed è un indicatore della propensione di un suolo al compattamento, alla formazione di croste e strati cementati che creano problemi di ristagno idrico, di emergenza delle plantule e nella crescita delle radici.

I principali fattori che influenzano la consistenza sono il contenuto idrico, la tessitura e la densità del suolo.

Densità o Massa Volumica Apparente

La densità esprime la massa del terreno riferita all'unità di volume e si esprime in g/cm3. Si distingue fra la densità reale, che prende in considerazione solo il volume della frazione solida, e la densità apparente, che considera anche la porosità.

La densità apparente è sempre minore di quella reale e può cambiare sensibilmente in relazione alla tessitura, alla sostanza organica, al contenuto di umidità, alla struttura del suolo. Questo parametro influenza le applicazioni ingegneristiche e la crescita delle piante.

Viene utilizzato per calcolare il potenziale di restringimento/rigonfiamento delle argille, la capacità di acqua disponibile, la porosità totale e anche la conducibilità idraulica satura. Inoltre la densità apparente è un indicatore della facilità con cui le radici possono estendersi all’interno del suolo.

Capacità di Acqua Disponibile (AWC)

E’ la quantità di acqua disponibile per le piante quando il suolo si trova alla capacità di campo. Viene espressa in cm d’acqua per ogni orizzonte o strato di suolo ed è la differenza fra il contenuto d’acqua alla capacità di campo e quello al punto di appassimento.

E’ un importante fattore per la scelta e gestione di un impianto di irrigazione, di un sistema di drenaggio, per prevedere la disponibilità di acqua per le piante e quindi per la scelte delle colture agrarie, nonché per stimare le produzioni agricole.

Questa proprietà dipende dal contenuto di sostanza organica, dalla tessitura, dalla densità apparente e dalla struttura.

Metodi di Misurazione della Conducibilità Idraulica

La conducibilità idraulica, indicata anche con il termine di permeabilità, può variare da 1 mm/anno a più di 100 m/anno e può essere molto superiore a quella ricavata con una prova di laboratorio. Esistono numerosi metodi per determinare la K di un terreno saturo, ognuno con i suoi vantaggi e svantaggi e basato su ipotesi esemplificative.

Le prove K, più significative delle prove di laboratorio, interessano piccole porzioni di acquifero, rispetto alle prove di portata, ma hanno il vantaggio di minori costi esecutivi e maggiore facilità di esecuzione. In molte situazioni queste prove richiedono anche la determinazione, per altra via, della porosità efficace.

Gran parte della teoria che sta alla base della interpretazione dei dati, prevede situazioni ed ipotesi che non sempre sono rispettate nella realtà. Questo ha comportato l'elaborazione di una gran quantità di procedure e formule empiriche, ognuna delle quali andrebbe applicata in situazioni ben definite sulla base di un modello idrogeologico locale.

La conseguenza è la naturale difficoltà e confusione che si può presentare a chi applica per la prima volta tali procedure. In linea generale il metodo consiste nel provocare artificialmente un aumento od una rapida diminuzione del livello d'acqua in un pozzetto esplorativo e nel misurare il graduale ritorno al livello statico iniziale. Le misure si possono fare con un freatimetro o con un sensore automatico.

Nei paesi anglosassoni le prove sono chiamate "slug tests" e la variazione di livello è ottenuta inserendo od estraendo un corpo cilindrico pieno, nel tubo di rivestimento. Il metodo è diventato molto popolare a partire dagli anni '80 soprattutto negli studi di bonifica degli acquiferi.

In questo tipo di indagini è spesso pericoloso o proibito scaricare in superficie le acque provenienti da una prova di portata ed il ricorso alle prove di permeabilità in pozzetto può costituire la soluzione del problema.

Lo slug test è utilizzato per calcolare velocemente (10-20 min) il parametro conducibilità idraulica, sia in acquiferi freatici che artesiani. Un cilindro appesantito, di volume noto, è calato velocemente in un pozzetto per spostare un uguale volume di acqua (2). Il cilindro rimane in posto fino al raggiungimento dell'equilibrio tra il livello d'acqua nel piezometro e quello nell'acquifero(3). A questo punto il cilindro viene sollevato sopra il livello statico (4) che risale lentamente al valore di inizio prova.

TAG: #Idraulica

Potrebbe interessarti anche: