Definizione di porosità
La porosità è uno dei parametri fondamentali dell’idrogeologia in quanto definisce il volume degli spazi vuoti presenti in una roccia o in un terreno.
Facendo riferimento alla figura 1, e considerando che in colore marrone siano indicate le particelle solide del terreno e in colore azzurro i vuoti presenti fra le varie particelle, si definisce porosità il rapporto fra il volume Vvuoti e il volume Vtotale terreno.
Più precisamente la porosità è definita come il rapporto fra il volume dei vuoti di un determinato campione di terreno e il volume totale del terreno.
La porosità di un terreno, usualmente indicata con la lettera ‘n’, può variare da 0 ad 1. Il valore 0 corrisponderebbe ad un terreno assolutamente privo di pori, cioè costituito unicamente dalla frazione solida, e il valore 1 corrisponderebbe al caso, non reale, di un terreno costituito unicamente da pori. La porosità può essere espressa in percentuale, e in questo caso la variazione è fra 0% e 100%.
Viene definito indice dei vuoti, e si indica usualmente con la lettera ‘e’, il rapporto fra il volume dei vuoti di un campione di terreno e il volume della frazione solida del medesimo campione.
Posto che
e considerando che
dall’equazione
si ricavano facilmente le due relazioni
e 
che consentono di esprimere la porosità in funzione dell’indice dei vuoti e viceversa.
Se il volume dei vuoti di un terreno è superiore al volume della frazione solida, l’indice dei vuoti assume valori superiori all’unità.
Essendo rapporti fra volumi, sia l’indice dei vuoti sia la porosità sono adimensionali.
La porosità di un terreno può essere espressa anche in funzione di γs e γd. Indicando con γs il peso medio per unità di volume della frazione solida del terreno e con γd il peso per unità di volume di terreno secco si ricava:
Da questa relazione si ottiene quindi
Fig. 1 – Visualizzazione grafica del concetto di porosità
La porosità efficace
Facendo riferimento alla figura 2, gli spazi vuoti presenti in un terreno possono essere suddivisi in tre categorie
Fig. 2 – I tre tipi di spazi vuoti che possono essere presenti in un terreno
- spazi vuoti fra di loro intercomunicanti e di dimensioni sufficientemente grandi da consentire la libera circolazione dell’acqua;
- spazi vuoti fra di loro intercomunicanti ma di dimensioni così piccole da non poter di fatto essere attraversati dall’acqua;
- spazi vuoti fra di loro non intercomunicanti.
Ai fini dello studio dei fenomeni di filtrazione risulta importante quantificare la frazione dei pori nei quali l’acqua può circolare e la frazione dei pori nei quali l’acqua non può di fatto circolare e per questa ragione è stato introdotto il concetto di porosità efficace, che equivale al rapporto fra il volume dei vuoti intercomunicanti nei quali l’acqua può liberamente circolare (tipo 1 in figura 2) e il volume totale del terreno.
Più precisamente viene definito porosità efficace, usualmente indicata con ne, il rapporto fra il volume d’acqua rilasciato per gravità da un campione di terreno o di roccia perfettamente saturo e il volume totale del campione.
Immaginando di condurre l’esperimento rappresentato in figura 3, la porosità efficace del campione di terreno equivale al rapporto fra il volume di acqua raccolta nella bacinella e il volume di terreno.
La ritenzione specifica viene invece definita come il rapporto fra il volume d’acqua trattenuto da un campione di terreno saturo dopo aver operato un drenaggio per gravità e il volume totale del campione.
Sempre facendo riferimento alla figura 3, la ritenzione specifica equivale al rapporto fra il volume d’acqua rimasto intrappolato nel terreno al termine del gocciolamento e il volume del terreno.
Fig. 3 – Porosità efficace e ritenzione specifica
La porosità di una roccia o di un terreno è data quindi dalla somma fra la porosità efficace e la ritenzione specifica.
Nella letteratura inglese viene spesso utilizzato il termine Specific yield, usualmente indicato con Sy, che è sinonimo di porosità efficace.
Per evitare confusione di termini, alcuni autori in sostituzione dell’espressione ‘porosità’ utilizzano l’espressione ‘porosità totale’, così da differenziarla in modo inequivocabile dalla porosità efficace. Nelle presenti schede si adotterà questo approccio, che evita a priori qualunque equivoco interpretativo.
