Stabilire il contenuto d'acqua nelle rocce in genere è uno degli argomenti più impegnativi dell'idrogeologia e della geotecnica in senso lato(due settori della geologia). Innanzi tutto in geologia è considerata (definita) roccia un aggregato di uno o più minerali. Tale aggregato può essere compatto, addensato, sciolto. Il suolo è, quindi, una roccia che può presentarsi addensata o sciolta. La maggior parte dei suoli sono di origine sedimentaria cioè provengono dal disfacimento di rocce intrusive (graniti e loro serie) ed effusive (basalti e loro serie) primordiali e successivo deposito dei sedimenti sciolti. Durante tutta la loro storia geologica le rocce (e quindi i suoli) hanno ereditato delle caratteristiche intrinsiche (genetiche) ed estrinsiche (indotte) tali da consentire l'assorbimento, l'immagazzinamento, il deflusso e la restituzione (o estrazione) delle acque. Le particelle che compongono un terreno non sono mai, nemmeno nelle condizioni più estreme, perfettamente asciutte ma posseggono sempre dell'acqua come illustrato nella figura.

Le proprietà (fisiche) che determinano il contenuto d'acqua
nei suoli sono le seguenti :

- porosità (primaria e secondaria)
- igroscopicità
- capacità di ritenzione
- capacità di percolazione
- permeabilità

POROSITÀ

La porosità è definita come la proprietà di contenere spazi vuoti tra gli elementi solidi che compongono le rocce. Quindi, esprime l'attitudine che ha una roccia ad immagazzinare e liberare l'acqua. La porosità è espressa, in percentuale, dal rapporto tra il volume dei vuoti Vp e il volume Vs della parte solida : n = Vp/Vs * 100
Mentre il numero dei pori che esistono è indicato dall'indice dei pori che è il valore del rapporto e = Vp/Vs
in base al valore di n le rocce si possono distinguere con alta porosità n>15%, media porosità 15%<n<5% e bassa porosità n<5%. La porosità è influenzata dalla granulometria e dall'eterogeneità dei granuli e dalla loro disposizione. Per esempio con granuli tutti della stessa dimensione, si potrebbe avere una porosità massima (1) o minima (2).
Per granulometria mista la porosità potrebbe diminuire
a causa della presenza di particelle più piccole che possono
riempire gli spazi lasciati liberi da quelle più grandi. (back)

IGROSCOPICITÀ

L'igroscopicità è la proprietà che hanno le rocce asciutte di assorbire l'acqua contenuta nell'aria allo stato di vapore attraverso i micropori dei granuli o degli elementi. L'acqua igroscopica (1) forma una pellicola sottile non sottoposta alla forza di gravità e quindi inamovibile. Può essere tolta se si riscalda la roccia a temperature superiori a 105°. Le sue proprietà fisiche sono diverse dall'acqua in condizioni ordinarie : non ghiaccia a 0° e non bolle a 100°.( Ciò dipende dall'alto valore del momento dipolare della molecola d'acqua che viene fissata da piccoli dipoli costituiti dall'irregolarità elettroniche dei cristalli. Questa attrazione molecolare può essere fino a 250.000 volte più grande della forza di gravità.).(back)

RITENZIONE

La ritenzione è la proprietà che hanno le rocce di trattenere acqua allo stato liquido per fenomeni di adesione e capillarità. L'adesione (cioè la forza che si esercita tra due corpi di diversa natura posti a contatto) fa si che, attorno ad ogni elemento della roccia satura d'acqua igroscopica, si formi uno strato sottilissimo di acqua pellicolare (2) che si potrebbe togliere per centrifugazione. Successivamente nelle particelle di roccia si può fissare l'acqua capillare (3), anch'essa non soggetta a gravità, dovuta ai fenomeni di capillarità legati all'azione combinata delle forze di adesione e di coesione. Quando tutti i vuoti capillari sono occupati dall'acqua (cioè sono saturi) si ha l'acqua capillare continua. Per un terreno agrario la capacità massima di ritenzione è detta capacità idrica di campo cioè il massimo volume d'acqua di ritenzione (igroscopica, pellicolare e capillare) che può essere trattenuto (Vc) nel volume totale di terreno (Va) : Cr = Vc/Va *100

ASSORBIMENTO

L'assorbimento è la proprietà che hanno le rocce di assorbire acqua fino a saturarsi. In questo caso i vuoti intergranulari vengono occupati anche dall'acqua gravifica (4) che è libera di muoversi e circolare per effetto della gravità. Il grado di saturazione è espresso dal rapporto tra il volume totale di acqua e il volume dei pori :
S = Vw/Vp * 100
Dove il termine Vw è la somma dei volumi di acqua di ritenzione (igroscopica, pellicolare,capillare) e di acqua gravifica.(back)

PERCOLAZIONE

La capacità di percolazione è la proprietà che hanno le rocce di cedere acqua per azione della forza di gravità. Il coefficiente di percolazione o porosità efficace si può esprimere come il rapporto tra il volume d'acqua gravifica e il volume totale del terreno : Pe = Vg/Va * 100

Per esempio se da un campione saturo di sabbia di 1000 cm3 sono gocciolati dopo 24 ore 120 cm3 di acqua gravifica allora la sua porosità efficace è : Pe = 120/1000 * 100 = 12 %

La porosità efficace diminuisce al diminuire della granulometria e quindi aumenta la ritenzione specifica. Le argille hanno bassa porosità efficace ed alta ritenzione come pure i limi.(back)

PERMEABILITÀ

La permeabilità è la proprietà che hanno le rocce di lasciarsi attraversare dall'acqua (4). Essa si può esprimere in termini di tipo e di grado.
Tipo di permeabilità : possiamo avere permeabilità per porosità, tipica delle rocce porose (siano sciolte o addensate) che contengono numerosi piccoli vuoti intergranulari tra loro comunicanti. È una proprietà intrinseca perché i vuoti si sono formati contemporaneamente alla roccia (all'atto della sedimentazione). Solo in casi particolari si può parlare di porosità secondaria (estrinseca) come nel caso dei graniti o delle arenarie (alterazione superficiale di rocce compatte).
La permeabilità per fessurazione è tipica delle rocce compatte fessurate che contengono pochi vuoti costituiti da fessure grandi e piccole. È una proprietà acquisita (estrinseca) perché le fessure si formano in seguito a stress tettonici (faglie, pieghe, terremoti ecc.) e successivamente allargate da fenomeni chimico-fisici (es: gelivazione). A volte può essere primaria quando si generano fessure dovute al raffreddamento delle rocce laviche (per esempio il clivaggio dei basalti colonnari o dei tufi [ Sono classici esempi di clivaggio del basalto (raffreddamento con diminuzione del volume) il "cammino dei giganti" in Irlanda, le gole dell'Alcantara in Sicilia; nei tufi si possono vedere nella parte interna della costa Sorrentina (Vico Equense, Meta) ed in tutta la zona della Napoli sotterranea e nella collina di Capodimonte] ). I due tipi di permeabilità possono anche coesistere in uno stesso tipo di roccia (le arenarie).

Grado di permeabilità: è una proprietà quantizzabile espressa mediante un coefficiente di permeabilità che ha le dimensioni fisiche di una velocità (m/s o cm/s).
Il coefficiente di permeabilità K si può definire come la quantità di acqua che passa per gravità (volume d'acqua gravifica) in un determinato volume di roccia nell'unità di tempo. Nei laboratori specializzati è possibile determinare il valore di K con strumenti detti permeametri.(back)

Comunque, è da tener presente che è sempre molto difficile riprodurre in laboratorio le condizioni naturali dei terreni in quanto già quando si raccolgono i campioni vengono modificate (rimaneggiate) la struttura, la giacitura, la porosità, la fratturazione ecc.

Tuttavia è possibile per noi fare delle esperienze che pur senza darci dei valori perfetti (cioè dei dati attendibili da misurazioni attendibili) possono però darci un'idea qualitativa e quantitativa, anche se quest'ultima non molto sofisticata, del contenuto d'acqua dei suoli e dei modi per misurarlo.