La scienza delle acque filtranti nell’ingegneria storica
Nel mondo dell’idraulica antica e classica, la gestione delle acque non si esauriva nei grandi acquedotti o nei canali a pelo libero. Una parte essenziale della maestria tecnica risiedeva nella comprensione del moto delle acque filtranti nel sottosuolo. Ma cosa accade realmente quando l’acqua attraversa un terreno? I testi classici della letteratura tecnica italiana, come quelli di Giulio De Marchi, permettono di ricostruire con sorprendente chiarezza i principi fisici che governano questi fenomeni, ancora oggi fondamentali nell’ingegneria idraulica e geotecnica.
Cos’è la filtrazione? La filtrazione è definita come il lento movimento di un liquido attraverso un corpo poroso o permeabile. Un aspetto spesso trascurato, ma già ben chiaro nella trattazione scientifica classica, è che non esistono corpi assolutamente impermeabili: anche i materiali più compatti possono lasciar passare quantità infinitesime di liquido se sottoposti a pressioni sufficientemente elevate. In ambito ingegneristico, tuttavia, si parla di impermeabilità in senso pratico. I terreni argillosi vengono considerati impermeabili perché la quantità d’acqua filtrante è inapprezzabile, mentre rocce come i calcari sono classificate come permeabili non tanto per la loro porosità intrinseca, quanto per la presenza di fratture, fessure e litoclasi che ospitano vere e proprie correnti sotterranee. Granulometria, porosità e assetto del terreno Il comportamento di un mezzo filtrante – che si tratti di un drenaggio antico o di uno strato di sabbia moderno – dipende in modo diretto dalla struttura del mezzo incoerente. Le fonti classiche individuano alcuni fattori chiave:
- Dimensione e forma dei grani La resistenza al passaggio dell’acqua è legata alla geometria dei meati, ovvero i minuscoli spazi tra i granelli.
- Assestamento del materiale Una sabbia versata alla rinfusa risulta molto più permeabile di una sabbia costipata: la compattazione riduce la sezione utile dei meati e quindi la capacità filtrante.
- Composizione della miscela L’aggiunta di materiali fini (come l’argilla) a sabbie o ghiaie riduce drasticamente la permeabilità, agendo come un vero sigillante naturale. All’opposto, la presenza di elementi grossolani (ciottoli) non garantisce di per sé un’elevata permeabilità: se non superano circa il 40% in peso, la resistenza al moto è comunque dominata dalla sabbia che riempie i vuoti.
La legge di Darcy e la velocità di filtrazione
Il riferimento teorico fondamentale è la legge di Darcy (1856), che stabilisce come la velocità di filtrazione sia proporzionale alla caduta piezometrica.
È importante chiarire un punto spesso frainteso: la velocità di filtrazione non coincide con la velocità reale dell’acqua tra i granelli, ma rappresenta un valore medio riferito all’intera sezione del mezzo, solidi compresi. Un altro aspetto, noto empiricamente già in epoche remote, è l’influenza della viscosità del liquido, che varia con la temperatura. Le verifiche sperimentali mostrano che la portata filtrante è inversamente proporzionale alla viscosità: l’acqua calda filtra più facilmente rispetto a quella fredda.
Comprendere il moto filtrante significa saper leggere l’invisibile. Che si tratti di captare una falda, di proteggere le fondazioni di un edificio storico o di regolare le pressioni interstiziali nel terreno, la scienza dei meati e della porosità ci insegna che il sottosuolo non è un blocco statico, ma un sistema dinamico composto da una miriade di canali microscopici in continuo equilibrio.
