Quantificazione basata su frattali e lacunarità dell’evoluzione microstrutturale in argille espansive sotto percorsi di suzione controllati mediante ESEM

Microstruttura delle argille espansive: un nuovo approccio quantitativo per la progettazione geotecnica

Il comportamento rigonfiamento-ritiro delle argille espansive rappresenta una criticità ricorrente nelle fondazioni superficiali, nei rilevati e nelle opere di sostegno. I descrittori macroscopici tradizionali non riescono a cogliere appieno le interazioni fisico-chimiche che avvengono alla scala dei pori e delle particelle. Un recente lavoro di ricerca propone un framework quantitativo basato su microscopia elettronica ambientale a scansione (ESEM) combinata con analisi di dimensione frattale e lacunarità, applicato a percorsi controllati di suzione.

Percorsi di suzione e acquisizione delle micrografie

Le micrografie ESEM sono state acquisite lungo percorsi di essiccamento primario e di imbibizione secondaria, a diversi livelli di ingrandimento. La dimensione frattale descrive la complessità della superficie delle particelle, mentre la lacunarità caratterizza la distribuzione e l’aggregazione dei pori. I risultati mostrano che la dimensione frattale aumenta con l’ingrandimento e con la suzione: all’ allontanarsi dell’acqua interstiziale, le superfici delle particelle vengono esposte in modo più dettagliato, incrementando la complessità morfologica rilevabile.

Evoluzione della lacunarità e isteresi microstrutturale

La lacunarità, al contrario, diminuisce all’aumentare dell’ingrandimento e presenta andamenti dipendenti dal tipo di argilla al variare della suzione. Questo indica cambiamenti nella eterogeneità della porosità durante i cicli di essiccamento e reidratazione. Un aspetto di particolare interesse è l’isteresi osservata in entrambi i parametri: la dimensione frattale e la lacunarità non tornano ai valori iniziali dopo un ciclo completo di essiccamento-imbibizione, segnalando riarrangiamenti microstrutturali irreversibili legati all’aggregazione delle particelle e alla ridistribuzione del fluido interstiziale.

Implicazioni pratiche per il tecnico geotecnico

L’integrazione di dimensione frattale e lacunarità offre due descrittori complementari della tessitura del terreno, stabilendo un legame quantitativo tra la microstruttura e il comportamento governato dalla suzione. Per il progettista, questo significa disporre di uno strumento più fine per prevedere le deformazioni volumetriche delle argille espansive in funzione delle variazioni di contenuto d’acqua, con potenziali ricadute sulla definizione dei parametri di progetto per pali, platee e interventi di stabilizzazione. La ricerca conferma che le sole prove di laboratorio su campioni indisturbati, basate su misure macroscopiche, possono essere integrate da analisi microstrutturali per affinare i modelli costitutivi e ridurre le incognite nelle previsioni di rigonfiamento.

L’approccio descritto si inserisce nel filone delle tecniche di caratterizzazione avanzata dei terreni, sempre più utilizzate in contesti di geotecnica su larga scala e di monitoraggio di infrastrutture esistenti. La possibilità di correlare la suzione con parametri microstrutturali oggettivi apre nuove prospettive per la calibrazione di modelli numerici e per la progettazione di interventi di mitigazione del rigonfiamento.