INTER.
Fig. I
dev'essere ampio spazio per la sua « permea-bilità », ossia per la capacità di lasciar passare un grande volume d'acqua a velocità elevata, senza produrre eccessivo attrito.
Vediamo rapidamente, i vari tipi di filtri che oggi sono usati, sia nei pozzi che in quegli apparecchi che si dispongono, anche orizzontali, nella corrente del fiume, o nelle sue sabbie, per emungerne abbondanti acque; hanno forma cilindrica, e lunghezza appropriata alla portata idrica che debbono assorbire.
Il filtro a rete metallica ha il difetto di essere tappato facilmente dai granuli di sabbia, e di non lasciare transitare gli elementi sabbiosi sottili. In tal modo la permeabilità dell'insieme filtro e strato acquifero vicino è assai ridotta. Il filtro a fessure nella tubazione di acciaio, presenta sempre una alternativa di zona di passaggio dell'acqua e di zona che la impedisce. La permeabilità, per tale ragione, non è suffi-cientemente elevata. Pei filtri che hanno le luci, o fessure, nel tubo o parallele o che si restringono dall'esterno verso l'interno, si nota troppa facilità di intasamento, con susseguente impossibilità all'acqua di passare con grande velocità e volume.
Non si può nascondere che troppi filtri, anche oggi, sono derivati dalle disposizioni sud-dette.
Tutti questi creano moti vorticosi, dopo che l'acqua sia passata dall'esterno all'interno. Tali moti, rappresentano energia persa, ossia abbassamento di livello dell'acqua nell'interno del pozzo; il che si riflette in consumo maggiore di energia per sollevare o dar pressione, a parità di condizioni, lo stesso volume d'acqua.
I filtri accennati, non sono certo i migliori; e nella pratica, si è fatto strada un filtro composto di un solo filo continuo, saldato elettricamente attorno a generatrici cilin-driche dello stesso metallo, che ne permettono la forma circolare, e lo orientano in modo da permettergli di disporsi secondo una dire-zione di resistenza minima, al passaggio del-l'acqua.
In fig. I si rappresenta in sezione tale unico filo; saldato sulla generatrice verticale
D (vista in pianta, sotto, in sezione) mentre il
filo F è visto nella sua lunghezza.
Filo; generatrici — in totale 10 oppure 12 attorno a un circolo — sono unite mediante saldatura a resistenza (elettrica), e in tal modo, essendo il metallo dei due elementi suddetti, uguale, non si generano coppie elettriche che hanno effetto negativo sulla durata dell'insieme. La sezione del filo F, è ad « ala di aeroplano », ossia presenta il minimo di resistenza al pas-saggio dell'acqua — nel senso della freccia — dall'esterno all'interno. Infatti, tale profilo « alare » impedisce la formazione di moti rota-tori, che assorbono inutilmente energia; e tale vantaggio non si riscontra in nessuno dei filtri già citati. Meglio dire che il vantaggio detto, si riscontra soltanto nel filtro a filo continuo, e di sezione « alare », accennato qui. Si noti il granulo di sabbia G. Esso tocca i fili in due punti. In pianta è rappresentato punteggiato. In tal modo esso non impedisce il passaggio rapido dell'acqua, in quanto non ne diminuisce di molto la sezione di transito. Non si sono rappresentati granuli di diametro maggiore; perché essi semplicemente si appoggiano ai fili, non vi entrano, e non riducono quasi la sezione di passaggio; cosi non ha luogo possibilità al-cuna di intasamento di materiale di diametro diverso, in quanto i granuli minori, passano rapidamente ed entrano nel pozzo. Durante 10 « sviluppo » del pozzo, essi sono a t t r a t t i con artifici diversi dallo spazio circostante, nell'in-terno, ed evacuati assieme all'acqua pompata. In tal modo rimangono soltanto, attorno al fiftro, i granuli maggiori e la permeabilità del-l'insieme fìftro-strato, raggiunge rapidamente un massimo.
In pratica, perforato il pozzo ed introdotto 11 tubo filtro, o semplicemente il filtro, al fondo, si opera col « pistone »: un cilindro basso di legno a flange di cuoio, che viene immesso nell'acqua, alla profondità di due o tre metri — e non di più — e al quale si imprime un movimento di va e vieni verticale. L'ondata di pressione e di depressione in tal modo generata, viene trasmessa in basso, e l'acqua esce ed entra dal filtro, rapidamente.
L'effetto sulla distribuzione dei granuli dello strato acquifero, è veramente singolare, ed utilissima, come già detto. La permeabilità dello strato aumenta verso il filtro; il che è della massima utilità, perché la velocità del-l'acqua pur essa aumenta man mano che vi si avvicina a tale filtro, e raggiunge un massimo, proprio all'entrata del filtro stesso, laddove i granuli sono di diametro massimo, il che rap-presenta, come dicevamo, una resistenza di attrito minima, coi vantaggi citati. Invece, allontanandosi dal filtro, e penetrando nello strato acquifero, la velocità dell'acqua si farà minore, e non avrà potere di trascinare con sé i granuli maggiori. Ma ne trascina i minori, al-largando cosi la zona di permeabilità massima dell'insieme filtro-strato.
Più precisamente, la velocità dell'acqua aumentando in ragione lineare, all'avvicinarsi al filtro, i diametri degli elementi granulometrici trascinati, spinti nel pozzo e sottratti alla com-pagine dello strato acquifero, crescono al di-minuire della loro distanza dal filtro. I maggiori poggiano sul filtro, i minori ne distano man mano che si fanno più sottili. In tal modo l'un granulo regge quello che giace immediata-mente più lontano, ed il t u t t o è un edificio statico. Il pozzo si dice « stabilizzato » per una data portata, che è quella che il perforatore potrebbe avere garantita.
Il problema è t u t t ' a l t r o che intuitivo, e abbiamo preferito di illustrare quel tipo di filtro che rappresenta un massimo di qualità diverse, e che lentamente si imporrà sul mercato, spe-cialmente oggi, che l'acqua è sempre meno pulita e pura, e che ha il potere, per le materie sciol-tevi e che trasporta, di rovinare rapidamente il filtro. Ora un pozzo non ha vita più lunga di quella del suo filtro. E d anche se vi sono dispo-sitivi che permettono di cambiarlo, l'operazione, spesso, è fallace, o almeno difficile, ed impone una interruzione di servizio abbastanza lunga. Abbiamo già t r a t t a t o di elementi granulo-metrici attorno al filtro del pozzo normale. Ora, ci è necessario di ritrovare tali elementi nella spiaggia marina. In fig. 2 si rappresenta una distribuzione granulometrica in direzione trasversale alla spiaggia. Come diceva Pitagora: « le vicissitudini della vita riuniscono gli uomini secondo le loro capacità e tendenze; come le ghiaie sulle piagge sono disposte a ciottoli uguali, parallelamente ad essa, dall'onde che vi battono ». Cosi le sabbie. Parallelamente alla linea di spiaggia, i granuli di sabbia hanno ugual grandezza. E in senso verticale, quale disposi-zione avremo ? Pitagora potrebbe ancora ispi-rarci. Infatti, se il mare deposita sempre sab-bia — che proviene da altrove — l'acqua si
allontana dalla riva, e dove prima batteva l'onda veloce, e le sabbie erano grosse dove l'onda batteva, prolungandosi sull'interno e ivi depositando quelle sottili, per mancata velocità, ora, che il mare si ritira, dove prima batteva l'onda in pieno, abbiamo soltanto uno sciacquio, ossia l'acqua vi scorre frenata e vi ha potere di trasportare soltanto le sabbie sottili. Ecco che in senso verticale, sotto si trovano le sabbie
M 9 C
Y F M ^ . .
Fig. 2
grosse e sopra le sottili. Ma se, al contrario, il mare avanza verso terra jierché erode, si avrà disposizione contraria: le grosse sulle sot-tili; e se il mare a volte per lungo tempo erode e poi si ritira, la successione potrà essere alter-nata. A noi interessa prevedere quali siano le difficoltà che tale alternanza di granuli grossi e piccoli, ci presenta. In fig. 2 abbiamo rappre-sentato la sezione trasversale della spiaggia e la distribuzione dei granuli, secondo il loro dia-metro: grossi dove l'onda b a t t e e l'acqua che vi si frange è veloce, piccoli, verso l'interno. Non vi si scorge differenza di granuli secondo la verticale; il che significa che il mare oggi né accumula né erode, e gli elementi che vi si trovano non ricevono sensibile mutamento. Nel passato la distribuzione dei granuli a seconda del diametro, potrà essere stata differente, perché se v'era il mare dove oggi è spiaggia, il deposito degli elementi grossi avveniva più entro terra, dove l'onda batteva veloce; e dove era alquanta profondità, gli elementi depositati erano sottili, in quanto l'onda non vi si fran-geva e non spinfran-geva la sabbia. Questo per ricor-dare che in senso verticale si potranno trovare elementi come rappresentati in fig. 3, diametri crescenti, e poi decrescenti.
Quali sono gli effetti sulla permeabilità della formazione, dei diametri degli elementi pre-senti? I n breve: se gli elementi sono dello stesso diametro, anche se sottili, ossia se non vi sono granuli di diametro minore che tappino i vuoti lasciati fra quelli maggiori, la permeabilità al-l'acqua è abbastanza elevata, e un pozzo, con filtro di luci appena più strette del diametro mini-mo di elemento sabbioso, potrà dare mini-molta acqua.
Ma se i granuli sottili occupano i pori la-sciati fra quelli grossi, la permeabilità viene ridotta assai. Infatti, al caso limite, quando vi fossero numerosissimi diametri decrescenti in
mare
-J&ìrtJfc. J? JP
s p i a g g i a • • * • • » » *•• • # o • * O Oo » • » • • • « o o O O O O » ' • • # • • o Q o o o ^ o * * " ' » * * « O O « o » • • F i g . 3modo da far scomparire i vacui f r a t u t t i i granuli, i piccoli occupando lo spazio f r a i maggiori, la permeabilità sarebbe nulla.
In fig. 3, l'alternativa di deposito lungo la spiaggia e di erosione, ha disposto in senso verticale elementi di diametro variato. E anche, in senso orizzontale, tali diametri variano, per-ché le velocità dell'onda che frange, non sono uguali: sulla spiaggia, massime, e entro terra minori, e così anche m a n mano che il mare è fondo, prima che l'onda si rovesci e b a t t a la spiaggia.
I n tale stratigrafia granulometrica, disporre-mo i pozzi muniti del filtro ottidisporre-mo descritto, e ci proponiamo di t r a r n e il massimo d'acqua col minimo di torbidità.
Il problema non è soltanto quello di rifor-nire acqua in vasche per stabilimenti balneari laddove il nuoto nel mare libero presenti del pericolo. I n t e n d i a m o fornire acqua alle grandi stazioni di dissalazione, che tra pochi anni saranno istallate laddove non si possa irrigare o fornire città con acqua dolce naturale. Inoltre vi sono le zone litoranee paludose, che possono
darci acqua salmastra, in alcuni casi ottima per l'irrigazione. Anche in questo caso, la presa d'acqua filtrata, è essenziale (1).
Il problema principale è di costituire at-torno al filtro, di luci o fessure uguali, un mas-siccio filtrante che serva (vedi fig. 3) per tenere in posto sabbie di diversa granulometria, e procurare una permeabilità totale massima. Il lavoro di sviluppo del pozzo, ossia quello atto a fargli assumere la massima permeabilità, filtro e massiccio filtrante, che disporremo attorno al filtro stesso, comincia colla perforazione del pozzo, avanzando con tubi mannesmann nor-mali, in cui si introduce il tubo-filtro. Il massic-cio filtrante viene formato con sabbia a gra-nuli diversi, vedi fig. 4, che si introduce fra il tubo esterno, di avanzamento T e il tubo filtro F. Le luci del filtro dovranno essere di distanza pari all'ottanta per cento del massimo diametro di sabbia incontrato, dedotto dai campioni che si conserveranno, durante la perforazione del pozzo, e presi nella zona del filtro, che è quella sotto il livello dell'acqua marina incon-t r a incon-t a nel reincon-troincon-terra dove si scavano i pozzi, a distanza minima dalla spiaggia ma sufficiente per garantirli dalle forti ondate. Da tale livello in basso, si dovrà intervenire, lavorando alla formazione del massiccio filtrante. Ricorderemo che durante il lavoro della pompa, l'acqua, per effetto dell'attrito lungo la sabbia, per por-tarsi dal livello in riposo a quello abbassato determinato dal drenaggio entro il tubo filtro, diminuisce di quota; e si forma cosi un cono col vertice sul filtro e base sul livello statico del-l'acqua di cui parleremo t r a breve. Il filtro dovrà cominciare sotto la quota minima della conoide C-C (fig. 4) e affondarsi fino a quota tale da consentire la p o r t a t a prevista che cor-risponde all'abbassamento dal livello statico (che, per l'acqua di mare e delle paludi in comunicazione col mare stesso è proprio il livello del mare) fino al vertice del cono detto sopra. Una p o r t a t a che eccedesse quella per cui il vertice del cono C-C fosse di quota più bassa dell'inizio del filtro, al suo estremo superiore, permetterebbe all'aria di entrare nel pozzo, con difficoltà per le pompe. Infatti, sopra la conoide C-C abbiamo aria, che penetra nella porosità della sabbia che si trova superiormente al cono suddetto. È anche bene che fra il livello
C-C (infer.) della conoide e l'inizio del filtro
(estremo superiore) vi sia un intervallo abba-stanza ampio, 20-30 centimetri e più; perché se il mare è coperto di petrolio, questo, gal-leggiando sull'acqua, rimarrebbe a galla sulla conoide C-C, e non penetrerebbe nel pozzo, sem-pre che esista quel franco fra vertice Q e inizio del filtro, che in fig. 4 abbiamo indicato con M.
Il massiccio filtrante si forma col metodo ormai classico: la tubazione del pozzo, esterna,
T sia, con lembo inferiore, al livello inferiore del
filtro. Si sollevi di 20 centimetri tale tubazione
e si inizi il pompamento dal pozzo P. L'acqua
trascinerà con sé la sabbia sottile che giace fuori del filtro, e inoltre la grossa, vicina e la sottile lontana, in relazione alle velocità del-l'acqua che crescono man mano che questa si avvicina al filtro. In tal modo i granuli grossi si depositano sul filtro, i sottili vi passano attraverso, e t u t t o il « massiccio filtrante » che si forma attorno al filtro, avrà una formazione adatta a permettere la massima permeabilità. Risulteranno i granuli sottili lontani, dove l'acqua è ancora lenta, e quelli grossi, vicini al filtro, dove essa è veloce, e se ivi fossero grani piccoli, essi creerebbero molta resistenza, coi noti danni. Poi, dopo che l'acqua esce senza sabbia, perché questa è stata t u t t a asportata dall'acqua e pompata all'esterno, si innalzi ancora di 20 centimetri la tubazione esterna; per ricominciare a pompare, coi risultati già indicati. E cosi di seguito, fino a scoprire t u t t o il filtro, asportando t u t t a la sabbia inutile e dando al pozzo una s t r u t t u r a a t t a a conservarsi nel tempo, pompando acqua pura, senza sabbia, purché la portata non venga a u m e n t a t a sen-sibilmente: perché tal f a t t o farebbe allontanare dal pozzo le velocità d'acqua sufficienti per rimuovere altra sabbia sottile, più lontana, e la trascinerebbe coll'acqua. Ora, tal f a t t o gene-rerebbe forse danni gravi; perché le pompe in funzione sono già quelle di qualità ottima e definitiva — e non quelle che si adoperano per 10 spurgo o « formazione o sviluppo » del pozzo; e ne risulterebbero danneggiate. Poi, la sabbia si inoltrerebbe nelle tubazioni di distribuzione con danno evidente.
Sviluppando come detto sopra si avrebbe un pozzo stabile, con portata massima, a d a t t o a trattenere fuori eventuali elementi galleg-gianti sull'acqua marina, specialmente il pe-trolio.
Inoltre, la formazione di un buon cono di abbassamento (C-C : C-C) permette di estrarre 11 petrolio che vi si accumulasse, trasportato a galla dell'acqua di mare, pompandolo via con un tubo di piccolo diametro, t. Il problema della difesa delle spiagge dall'inquinamento petrolifero è tale che la tecnica escogiterà cer-t a m e n cer-t e vari mecer-todi acer-tcer-ti allo scopo. Siamo in
(1) Su questa Rivista si è già pubblicato un articolo ri-guardante la « Palude di Cabras » in Sardegna che rientra nel quadro tracciato agli effetti del filtraggio di acqua marina e salmastra. Molti altri specchi d'acqua, lungo la costa d'Italia, sono nelle stesse condizioni.
,. • AAAA^» i Conoidi tangenti i 7
\ ! /
Vlv
i ! i F i g . 5grado di indicare anche questo, che ci appare come assai economico.
Il tutto, però, è basato sulla esatta cono-scenza della distribuzione della conoide C-C, secondo la natura della sabbia della spiaggia, la portata da estrarre, la distanza dal mare, la riuscita dell'operazione di « formazione, svi-luppo e stabilizzazione » del pozzo, f a t t a col massiccio filtrante, come detto.
Non va esclusa la possibilità che il petrolio a galla sull'acqua marina, non arrivi che in
minima parte entro lo spazio superiore alla detta conoide, perché trattenuto dalle sabbie che l'acqua marina deve passare per arrivare al pozzo. In tal caso sarà soltanto necessario di rimuovere la sabbia inquinata, e metterne al suo posto della nuova, pulita e permeabile. Cosi faremo barriera contro il dilagare del pe-trolio e il suo progredire.
Il problema della spaziatura dei pozzi, nel senso longitudinale, secondo la direzione della spiaggia, va risolto sperimentalmente. Infatti, i coni di drenaggio C-C, possono essere tanto distanziati da non toccarsi, oppure tanto rav-vicinati da intersecarsi. In fig. 5 abbiamo rap-presentato due coni tangenti; e questa è la solu-zione ideale, evidentemente. I coni interse-canti, rappresenterebbero un inutile spreco, perché si avrebbero due pozzi per estrarre lo stesso litro d'acqua, dalla zona di intersezione. I pozzi lontani e a coni non tangenti, significhe-rebbero l'esistenza di una zona non raggiunta dall'aspirazione delle pompe.
Se l'impianto è importante, sarà bene di istallare i pozzi a gruppi di 10-15 ciascuno. E disponendo le tubazioni di unione, e i raccordi, in modo opportuno, si potrà pompare senza eccessive perdite di carico.
Pare assai più facile il perforare una batteria di pozzi, nel letto di un fiume o sulla spiaggia del mare, che affondare un cilindro composto di filtro lungo e di diametro grande. Inoltre, in caso di avaria, o di riparazione, non si è di fronte alla necessità di fermare tutto l'im-pianto, ma si potrà procedere a regime ri-dotto.
Anche una venuta di acqua dolce a galla di quella salata, potrà essere utilizzata col sistema indicato per il pompamento di eventuale petrolio. E se si fosse in presenza di acqua mari-na, acqua dolce a galla, e petrolio a galla sulle due, si potrebbe pompare separatamente la marina, e l'insieme dolce e petrolio, per poi separare questi ultimi due elementi, se la zona impone economia d'acqua dolce.