ВЈЕЖБЕ ИЗ ПРЕДМЕТА МЕХАНИКА ТЛА. вјежба број 5 Водопропустљивост тла

Transcript

1 -30- ВОДОПРОПУСТЉИВОСТ ТЛА Свако тло је водопропустљиво јер вода може да се креће кроз простор међусобно повезаних пора између чврстих честица. Ако вода заузима простор свих пора у елементу тла онда је ријеч о водом засићеном тлу. Уколико нијесу све поре испуњене водом, тло је дјелимично засићено водом или је незасићено. Ако је садржај воде у тлу мали онда је ваздух у порама у потпуној комуникацији са свим порама у посматраном тлу. Ако је садржај воде у тлу већи онда се ваздух налази у облику изолованих мјехурића и тада је вода у порама у потпуној комуникацији са водом у другим порама, што омогућава директно преношење притисака и кретање воде кроз простор пора. Ако посматрамо неку тачку у тлу онда разликујемо геодетску висину и пиезометарску висину, које се усвајају у односу на референтни ниво. У сагласности са Бернулијевом једначином укупна енергија неке количине воде може се подијелити на кинетичку и потенцијалну енергију. v- брзина кретања воде g- гравитационо убрзање u- хидростатички притисак γw - запреминска тежина воде v u h = + +z g γ z - растојање посматране тачке од референтног нивоа w

2 -31- Брзина кретања воде, посматрајући проблеме који се појављују у механици тла, је релативно мала величина, па се може констатовати да је кинетичка енергија занемарљиво мала величина (у Бернулијевој једначини члан v / g занемарити). Укупна енергија воде се своди на њену потенцијалну енергију. се може u u h = ( ) h = ( ) pa A pb B γw γw h =h +h h =h +h A za pa A za pa h=h -h A Тачка А је тачка са већим потенцијалом од тачке В па се вода креће од тачке А према тачки В, при чему брзина кретања воде зависи од водопропусности тла. Ако растојање између тачака А и В означимо са L oнда се хидраулички градијент (i) дефинише као i=(h1-h )/L. B Дарси је 1856 године поставио хипотезу да је фиктивна брзина воде у водозасићеном тлу пропорционална хидрауличном градијенту. v=k i v- брзина кретања воде k- коефицијент водопропустљивости (филтрације) i- хидраулични градијент Из овог можемо закључити да је и проток q (који изражавамо запремином у јединици времена) пропорционалан хидрауличном градијенту (i) јер је:

3 -3- q- проток воде кроз тло v- брзина кретања воде кроз тло q=v A A- површина кроз коју се одвија проток воде Хидраулични градијент (i) и површина кроз коју мјеримо проток (A) су величине које можемо да срачунамо, али је одређивање коефицијента водопропустљивости компликовано, јер је коефицијент водопропустљивости комплексна промјенљива која зависи од великог броја фактора. Коефицијент водопропустљивости (коефицијент филтрације) можемо одредити на два начина: индиректним путем директним путем Индиректне методе служе за одређивање коефицијента водопропусности на основу неких познатих параметара понашања или особина тла. Водопропусност неког тла зависи од пет фактора. 1. Коефицијент водопропустљивости зависи од величине зрна у тлу. Што су већа зрна то је већа и величина пора између њих па је и водопропустљивост већа. Ова зависност може бити записана у облику k=f(d ) гдје је d величина зрна. Ханзен је (1911 године) на основу спроведених истраживања на растреситим, једноличним пијесковима успоставио емпиријску формулу за описивање коефицијента водопропустљивости: k= (d ) униформни пијескови d >0.05mm, Cu<5 [ ] [ cm] k=70 (d 10 ) Cu=10 0 cm. Коефицијент водопропустљивости зависи од порoзности 3 e k=a за пијескове, k max/k min <3 1+e logk=logk 0+b(e-e 0) за глине (логаритамска зависност)

4 Коефицијент водопропустљивости зависи од вискозитета воде који зависи од температуре. Зависност коефицијента филтрације на температури воде t у односу на коефицијент филтрације при температури воде од 0 о С дата је у следећој табели: 4. Коефицијент водопропустљивости зависи од облика зрна и њихове расподјеле и повезаности, тј. од структуре тла. Овај фактор се не може квантификовати. 5. Коефицијент филтрације зависи од количине ваздуха у порама. Ваздух у порама смањује водопропустљивост. Под директним методама за одређивање водопропусности тла подразумијевамо: Теренске опите метода црпљења метода наливања Лабораторијске опите опит са константним притиском опит са опадајућим притиском ТЕРЕНСКИ ОПИТИ ЗА ОДРЕЂИВАЊЕ ВОДОПРОПУСТЉИВОСТИ ТЛА МЕТОДА ЦРПЉЕЊА Метода црпљења се спроводи поступком савршеног бунара. Савршен бунар је онај бунар који је ископан до водонепропусне контуре и код којег се водопропусан слој налази између два водонепропусна слоја тла.

5 -34- Поступак се спроводи тако да увијек буде успостављено стационирано стање, односно да у бушотинама 1 и увијек имамо исти ниво подземне воде. dh q=k i A=k r π H dr Интегрисањем по h и по r горња једначина се своди на: q ln(r /r ) k= 1 π(h-h)h 1 МЕТОДА НАЛИВАЊА Код методе наливања разликујемо два поступка поступак Лунгеона поступак Лефранса Лунгеонов поступак се примјењује при одређивању коефицијента водопропустљивости код стијена. У стијенској маси избушимо бушотину до дубине гдје желимо да мјеримо водопропустљивост. У бушотину поставимо цијев која је на дну перфорирана на дужини од 3-5 метара. Изнад перфорираног дијела цијеви је потребно извршити заптивање чепом од бентонитне глине. У цијев убризгавамо воду под притиском. Манометром мјеримо притисак, а истовремено мјеримо проток воде и на основу тих параметара одређујемо коефицијент водопропустљивости.

6 -35- Лафрансов опит се примјењује за растресито тло и сличан је Лунгеовом опиту. Проток воде може да се одвија кроз дно или са страна па можемо мјерити коефицијент водопропустљивости у вертикалном правцу (k V ) или хоризонталном правцу (k H ). Пошто је тло хетероген и слојевит материјал уобичајено је да је k H >k V. Код опита одређивања водопропустљивости in situ треба водити рачуна да ли се ради о јаче или слабије водопрoпустљивим материјалима. Код добре водопропусности мјери се проток а код слабије водопропусности мјери се спуштање воденог стуба унутар цијеви ( h ). ЛАБОРАТОРИЈСКИ ОПИТИ ЗА ОДРЕЂИВАЊЕ ВОДОПРОПУСТЉИВОСТИ ТЛА МЈЕРЕРЕЊЕ ВОДОПРОПУСТЉИВОСТИ СА КОНСТАНТНИМ ПРИТИСКОМ ВОДЕ Апарат за мјерење водопропустљивости са константним притиском воде је приказан на слици.

7 -36- Узорак се угради утискивањем у цилиндар (позиција 1) одговарајућег пречника d и дужине l према врсти тла, тако да се обезбиједи што боља веза материјала са зидовима цилиндра. Горња и доња површина узорка се изравњају са ивицама цилиндра. Цилиндар се стави на доњи поклопац (позиција ) и заједно са њим се стави на постоље (позиција 6). У доњи поклопац се прикључи цијев (позиција 3) уређаја са преливом за одржавање константног хидрауличног притиска (позиција 4).Затим се на цилиндар стави горњи поклопац (позиција ) на који је прикључена цијев за одвод воде и испод краја цијеви постави мензура (позиција5). Тада се уређај (позиција 4) испуни водом и чека док из цијеви за одвод не почне да капље вода у мензуру, што значи да је узорак потпуно засићен водом. У том моменту стави се у дејство секундомјер. У одређеним временским интервалима, у зависности од врсте тла, мјери се количина протекле воде Q у мензури. Коефицијент водопропустљивости (cm/s) израчунава се по образцу: Ql k= A t H Q - количина протекле воде у cm 3 l - дужина узорка у cm A - површина пресјека узорка у cm t - вријеме у коме је протекла количина воде Q, у s H - висина воденог стуба од горње површине узорка до горње површине воде у уређају (позиција 4) у cm Напомена: ову методу примјењујемо код тла са већом водопропусношћу. МЈЕРЕРЕЊЕ ВОДОПРОПУСТЉИВОСТИ СА ПРОМЈЕНЉИВИМ ПРИТИСКОМ ВОДЕ Апарат за мјерење водопропустљивости са промјенљивим притиском воде је приказан на слици.

8 -37- На цилиндар (позиција 1) се стави дољи поклопац. Цилиндар са узорком и доњим поклопцем стави се у неки уређај са малим притиском воде одозго и остави док вода не прође кроз узорак, односно док се не засити водом. Потом се цилиндар са засићеним узорком стави у посуду са водом (позиција 3), тако да доња површина узорка буде у нивоу горње површине воде у посуди. На цилиндар се стави гумени прстен (позиција 4), а преко њега се стави горњи поклопац са уграђеном градуисаном цијеви. Оба поклпца се вијцима причврсте за цилиндар. Затим се сипа деарисана вода да испуни конични дио горњег поклопца и градуисану цијев тако да разлика нивоа воде у цијеви и плиткој посуди буде cm. тада се стави у дејство секундомјер и прочита висина воденог стуба (Н1) у цијеви. Када висина воденог стуба у цијеви дође на изабрану вриједност (Н) секундомјер се заустави и прочита претходно вријеме. Коефицијент водопропустљивости (cm/s) израчунава се по образцу: Al H k=.3 log A t H 1 1 А површина унутрашњег пресјека градуисане цијеви у cm l - дужина узорка у cm A 1 - површина пресјека узорка у cm t - временска разлика између два читања у s H 1,Н - висина воденог стуба у цијеви на почетку односно на крају мјерења у cm Напомена: ову методу примјењујемо код тла са мањом водопропусношћу.