Il flusso idraulico è un concetto fondamentale nell'idrogeologia, essenziale per comprendere il movimento dell'acqua negli acquiferi e nelle condotte.
Altezza Geometrica e Altezza di Pressione
L'altezza geometrica di un determinato punto P è la quota del punto P rispetto a un piano orizzontale preso convenzionalmente come quota zero. Anche se da un punto di vista teorico sarebbe possibile scegliere qualunque piano come quota zero, per praticità come riferimento viene usualmente scelta la base dell’acquifero.
Si definisce altezza di pressione di un determinato punto P dell’acquifero la pressione dell’acqua nel punto P misurata in metri di colonna d’acqua. Facendo riferimento alla figura 3a, si può immaginare di realizzare un piezometro con tratto filtrante in corrispondenza del punto P. La pressione dell’acqua in P, espressa in metri di colonna d’acqua, equivale al dislivello fra la quota raggiunta dall’acqua all’interno del tubo piezometrico e la quota del punto P.
Carico Idraulico
Dimensionalmente il carico idraulico è una lunghezza. Analogamente al caso di figura 2b, in un acquifero in quiete il valore del carico idraulico è uguale in tutti i punti. Se in un acquifero esistono punti a differente carico idraulico, si innesca un moto di filtrazione diretto dal punto a carico idraulico maggiore verso il punto a carico idraulico minore.
Moto di Filtrazione e Carico Idraulico
Se si immagina di abbassare la bacinella B, si crea una differenza di carico idraulico alle estremità del cilindro. La differenza di carico idraulico innesca un moto di filtrazione, e di conseguenza una parte dell’acqua che si trova nel cilindro di sinistra transita attraverso il terreno e fuoriesce dalla bacinella di destra.
Se si arresta l’alimentazione, in seguito al moto di filtrazione il livello dell’acqua nel cilindro di sinistra inizia lentamente a diminuire e di conseguenza diminuisce il carico idraulico sulla superficie A del cilindro. Nel momento in cui il livello nel cilindro scende fino alla quota del livello della bacinella di destra, si ripristina la condizione di uguaglianza dei carichi idraulici alle estremità del cilindro di sabbia.
Facendo il ragionamento inverso, se nei punti A e B la somma fra altezza geometrica e altezza di pressione è costante (fig. 2b) significa che non c’è dissipazione di pressione e quindi il fluido è in quiete. Se al contrario (fig. 2a) la somma y’+y non è costante, allora significa che esiste una dissipazione di pressione passando da A a B.
In realtà in una condotta a sezione costante con fluido in moto laminare la somma y’+y non è costante. Nei fluidi reali si osserva sperimentalmente che spostandosi nella direzione del movimento dell’acqua la somma y’+y tende progressivamente a diminuire. Questo fenomeno, rappresentato in figura 2a, è dovuto alla viscosità propria di tutti i fluidi reali.
In considerazione delle ridotte velocità di filtrazione, il ragionamento sviluppato in precedenza per la condotta a sezione costante può essere applicato anche al caso degli acquiferi.
Immaginando di disporre di uno strumento analogo a quello riportato in figura 4, posizionando la bacinella di destra alla medesima quota dello sfioratore del tubo di sinistra si uguagliano i carichi idraulici sulle superfici A e B del cilindro di sabbia. Poiché nel sistema non esiste alcuna differenza di carico idraulico, non si innesca alcun moto di filtrazione e l’acqua nel cilindro di sabbia permane in stato di quiete.
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