RJEŠAVANJE PROBLEMA s podzemnom vodom

Transcript

1 Inženjersko značenje hidrogeoloških uvjeta: POVRŠINSKA VODA PODZEMNA VODA zagađenje poplava usijedanje zemljišta zbog trajnog sniženja podzemne vode erozija 1 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI RJEŠAVANJE PROBLEMA s podzemnom vodom KONTROLA NEPOVODLJNOG UTJECAJA značajke geološke građe i PODZEMNE VODE 2

2 3 POROZITET = volumen pora / ukupni volumen (kapacitet materijala da primi vodu kad je saturiran) npr. posuda 5 l; 4 l čvrstih čestica + 1 l vode porozitet = 1/5 * 100 = 20% koef. pora = ¼ = 0,25 KOEFICIJENT PORA = volumen pora / volumen čvrstih čestica (inženjerski opis značajki poroziteta tla) 4

3 Gornja zona (u porama zrak i vlaga u sljedećim oblicima): 1. gravitacijska/vadozna voda kreće se pod utjecajem gravitacije; 2. higroskopna vlaga (film vode oko zrna, ne kreće se uslijed gravitacije) 3. lebdeća voda 4. kapilarni pojas (inženjerski problemi!!) 5 OPĆENITO O PODZEMNOJ VODI razina podzemne vode pijezometarska razina/površina hidraulički gradijent 6

4 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI OPĆENITO O PODZEMNOJ VODI hidrostatski tlak propusnost tečenje podzemne vode: HIDRAULIČKI GRADIJENT 7 HIDROSTATIČKI UVJETI HIDROSTATSKI TLAK porni tlak u tlu kada voda miruje Porni tlak P na dubini h u vodi jednak je jediničnoj težini vode (γ w ) * dubina + atmosferski pritisak slide JEDINIČNE TEŽINE RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru skica 1: naprezanja u elementu tla od vlastite težine kada je tlo potopljeno 8

5 JEDINIČNA TEŽINA ili gustoća tla γ = težina materijala / volumen materijala γ m = vlažna jedinična težina tla γ d = suha jedinična težina (težina potpuno osušenog tla, u pećnici) γ sat = saturirana jedinična težina (težina potpuno saturiranog tla) γ w = jedinična težina vode = 62.4 lb/ft3 (1 ft3 vode teži 62.4 lb; 9.8 kn/m 3 ) 9 Načelo efektivnih naprezanja SUHO TLO naprezanja se prenose preko čvrstih čestica TLO ISPOD RPV-A naprezanja se prenose preko čvrstih čestica i vode za mehaničko ponašanje tla bitna su EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ ), naprezanja koja se prenose preko čvrstih čestica (skeleta tla) efektivno naprezanje je onaj dio totalnog naprezanja koji se prenosi preko skeleta tla 10

6 Načelo efektivnih naprezanja izmjeriti se mogu ukupna (totalna naprezanja) izmjeriti se mogu porni tlakovi (tlakovi u pornoj vodi) EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ ) je izvedena veličina σ = σ-u 11 PODZEMNA VODA PORNI TLAK računanje pornog tlaka h = h p + z µ = h p γ w ukupni potencijal (visina potencijalne energije) = piezometarski potencijal + geodetski potencijal PORNI TLAK je umnožak piezometarskog potencijala i jedinične težine vode 12

7 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PARAMETRI PODZEMNA VODA PORNI TLAK h = h p + z µ = h p γ w tlačna visina 13 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PARAMETRI PODZEMNA VODA PORNI TLAK h = h p + z µ = h p γ w 14

8 Načelo efektivnih naprezanja EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ ) je σ = σ-u budući da voda ne može prenositi posmična naprezanja vrijedi: τ = τ efektivna naprezanja su važna jer deformacije (slijeganja) tla i čvrstoća ovise upravo o tim naprezanjima 15 PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA nesaturirano tlo kompresija zrak krute čestice međuzrnski pritisak kompresija 16

9 PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA saturirano tlo kompresija voda otpor vode zrak kompresija krute čestice međuzrnski pritisak 17 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PARAMETRI PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA nesaturirano tlo saturirano tlo voda zrak zrak krute čestice međuzrnski pritisak krute čestice međuzrnski pritisak zbog vode - razlika između efektivnih i ukupnih naprezanja 18

10 19 PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA nesaturirano tlo zrak EFEKTIVNA NAPREZANJA krute čestice međuzrnski pritisak saturirano tlo voda PORNI ILI HIDRO- STATIČKI PRITISAK zrak EFEKTIVNA NAPR. krute čestice međuzrnski pritisak UKUPNO = EFEKTIVNO UKUPNO = EFEKTIVNO + PORNI 20 TLAK

11 smicanje PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA saturirano tlo voda nema posmičnu čvrstoću EFEKTIVNA zrak NAPR. krute čestice međuzrnski pritisak smicanje 21 PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA σ = σ u promjene u podzemnoj vodi utječu na efektivna naprezanja σ umanjuju se efektivna naprezanja sposobnost tla da se odupre sili smicanja je manja povećanje razine podzemne vode povećanje pornog tlaka saturirano tlo 22

12 HIDROSTATSKI TLAK I PROCJEĐIVANJE porni tlak u tlu kada je voda nepokretna RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru hidraulički gradijent nagib linije 23 porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tla uvjeti: nema tečenja, nema naprezanja porni tlak = jedinična težina vode pomnožena s visinom stupca vode (µ = γ w * h p ) µ = 0 kpa µ = 1 kpa µ = 3 kpa 24

13 porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tla uvjeti: tečenje prema gore; procjeđivanje uzrokuje povećanje pornog tlaka: na element uronjen u vodu djeluje uzgon koji je jednak razlici tlakova s donje i gornje strane: -za jedinični volumen uzgon je jednak jediničnoj težini vode u = u d u g = γ w µ = 0 kpa µ = 1 kpa µ = 5 kpa vrh uzorka SAMO PORNI TLAK 25 Određivanje potencijala i pornog tlaka je neophodno da bi se predvidjele promjene pornog tlaka i njihovi mogući učinci na inženjerske radove. Kvantifikacija tečenja vode kroz tlo pomoću Darcyjevog zakona: Q=kAh/L. Strujna mreža je grafička metoda za izračun procjeđivanja. 26

14 PODZEMNA VODA: kretanje podzemne vode Brzina TEČENJA podzemne vode KROZ TLO: v = k * i -nagib vodne plohe -propusnost stijene. Darcyjev zakon: 27 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PARAMETRI PODZEMNA VODA PROTOK važno zbog računanja procjeđivanja kroz ili ispod nasipa ANALITIČKA METODA h Q = ka L GRAFIČKA METODA STRUJNA MREŽA 28

15 tečenje vode u tlu modelira se strujnom mrežom; STRUJNICE linije koje pokazuju smjer tečenja EKVIPOTENCIJALA linija jednakih potencijala STRUJNA CIJEV područje između dvije strujnice PODZEMNA VODA PROTOK strujna mreža 29 Upotreba strujne mreže određivanje tlaka vode (pornog tlaka) u bilo kojoj točki mreže: množenje piezometarske visine sa specifičnom težinom vode µ =h p *γ w određivanje protoka (za jednu strujnu cijev : q i =k*( H/ l)* b za kvadratičnu mrežu je l/ b=1 30

16 PODZEMNA VODA PROTOK strujna mreža qi = k* ( H/ l)* b Q = k n n f d H 31 PROPUSNOST TLO zrak zrak voda voda krute čestice krute čestice krute čestice drenirani uvjeti parcijalno drenirani uvjeti nedrenirani uvjeti ili 32 potpuno saturirani

17 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PARAMETRI pore ili šupljine u tlu PROPUSNOST TLO zrak voda krute čestice KOLIČINA VELIČINA POVEZANOST pora uvjetuje propusnost tla 33 PROPUSNOST TLA mjerne jedinice i red veličine 34

18 PODZEMNA VODA SILA STRUJNOG TLAKA...naprezanje u tlu prouzročeno tečenjem vode (= hidraulički gradijent * jedinična težina vode) P s = može prouzročiti istiskivanje individualnih čestica (djeluje u podnožju brana, na padinama ili na dnu iskopa; narušava integritet strukture tla, stvaranje kanala i razvoj još većih pritisaka) pojava ključanja tla kod kritičnog hidrauličkog gradijenta SILA STRUJNOG TLAKA premašuju težinu tla; gubi se međuzrnsko trenje γ T γ w γ b i c = = i γ γ c = γ / γ w w u krupnozrnatim pijescima i c je 0.9-1; FS (likvefakcija)=i c /i i γ w w 35 Hidraulički slom tla u građevinskoj jami može nastupiti slom tla uslijed strujanja vode prema gore tzv. kritični hidraulički gradijent ispiranje čestica iz tla u dnu građevne jame samoubrzavajući proces, jer se ispiranjem čestica smanjuje debljina tla, a time povećava gradijent (proces u građevnoj jami može biti tako brz da mješavina vode i čestica u nekoliko sati ispuni čitav volumen građevne jame) 36

19 povećanje RPV-a; opasnost od hidrauličkog sloma tla 37 slika Daso 38

20 U inženjerskoj geologiji važni: 1. (hidrogeološki) uvjeti koji imaju inženjersko značenje, a odnose se na površinsku i podzemnu vodu; 2. analitički postupci; 3. metode kontrole negativnog utjecaja podzemne vode i procjeđivanja; - (prostorno planiranje) 39 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI Proučavanje podzemne vode u inženjerskoj geologiji VODA KAO INŽENJERSKI PROBLEM (1) problema koje može prouzročiti u građenju; (2) njezinog djelovanja kao agensa erozije; (3) njezinog utjecaja na funkcioniranje građevina; (4) njezinog djelovanja kao medija za prenošenje zagađenja 40

21 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PROBLEMI slom brane Teton (USA) voda kao agens erozije hidraulički slom tla 41 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PROBLEMI slom brane Teton (USA) 42

22 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI PROBLEMI slom brane Teton (USA) Otvorene frakture i pukotine u stijeni desnog potpornjaka bile su inicijalni diskontinuiteti na kojima je započeo proces ispiranja materijala vodom. 43 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI ZAHVATI BARIJERE (različite vrste nasipa) BRTVENI SLOJEVI DRENOVI BUŠOTINE I BUNARI 44

23 sl

24 III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI INŽENJERSKI ZAHVATI izbor metode kontrole podzemne vode ovisi o geološkoj građi podzemlja neophodni podaci o značajkama stijena/tala i podzemnoj vodi 47 H y =34y H / h = γ slatke / γ slane h γ = specifična težina 48