1

1

Inženjersko značenje hidrogeoloških uvjeta:

POVRŠINSKA VODA PODZEMNA VODA

poplava

erozija

zagađenje

usijedanje zemljišta zbog trajnog sniženja podzemne vode

2

značajke geološke građe i PODZEMNE VODE značajke geološke građe i PODZEMNE VODE

RJEŠAVANJE PROBLEMARJEŠAVANJE PROBLEMAs podzemnom vodoms podzemnom vodom

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI

KONTROLAKONTROLANEPOVODLJNOGNEPOVODLJNOG

UTJECAJAUTJECAJA

2

3

4

••POROZITETPOROZITET = volumen pora / ukupni volumen= volumen pora / ukupni volumen(kapacitet materijala da primi vodu kad je saturiran)

••KOEFICIJENT PORAKOEFICIJENT PORA = volumen pora / volumen čvrstih čestica= volumen pora / volumen čvrstih čestica(inženjerski opis značajki poroziteta tla)

npr.npr.posuda 5 l; 4 l čvrstih čestica + 1 l vodeposuda 5 l; 4 l čvrstih čestica + 1 l vode

porozitetporozitet = 1/5 * 100 = = 1/5 * 100 = 20%20%koef. porakoef. pora = ¼ = = ¼ = 0,250,25

3

5

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!!)

6

hidraulički hidraulički gradijentgradijent

pijezometarska pijezometarska razina/površinarazina/površina

OPĆENITO O PODZEMNOJ VODI

razina podzemne voderazina podzemne vode

4

7

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIOPĆENITO O PODZEMNOJ VODI

tečenje podzemne vode:tečenje podzemne vode:

••HIDRAULIČKI GRADIJENTHIDRAULIČKI GRADIJENT

••hidrostatski tlakhidrostatski tlak

••propusnostpropusnost

8

RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru

HIDROSTATIČKI UVJETI

HIDROSTATSKI TLAKHIDROSTATSKI TLAKporni tlak u tlu kada voda miruje

Porni tlak P na dubini h u vodi jednak je jediničnoj težini vode (γw) * dubina + atmosferski pritisak

skica 1: naprezanja u elementu tla od vlastite težine kada je tlo potopljeno

slide JEDINIČNE TEŽINE

5

9

JEDINIČNA TEŽINA ili gustoća tla

γ = težina materijala / volumen materijala

γm = vlažna jedinična težina tla

γd = suha jedinična težina

(težina potpuno osušenog tla, u pećnici)

γsat = saturirana jedinična težina

(težina potpuno saturiranog tla)

γw = jedinična težina vode = 62.4 lb/ft3

(1 ft3 vode teži 62.4 lb; 9.8 kN/m3)

10

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’’

6

11

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

12

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK

računanje pornog tlakaračunanje pornog tlaka

h = hh = hpp + z+ z

ukupni potencijal ukupni potencijal (visina potencijalne (visina potencijalne energije) = energije) = piezometarski piezometarski potencijal + potencijal + geodetski geodetski potencijalpotencijal

µµ = h= hpp γγww

PORNI TLAK je PORNI TLAK je umnožak umnožak piezometarskog piezometarskog potencijala i potencijala i jedinične težine jedinične težine vodevode

7

13

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK

h = hh = hpp + z+ z

µµ = h= hpp γγww

tlačna visina

14

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK

h = hh = hpp + z+ z

µµ = h= hpp γγww

8

15

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

16

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

zrakzrak

krute krute česticečestice

••nesaturirano tlonesaturirano tlo

međuzrnski pritisakmeđuzrnski pritisak

kompresijakompresija kompresijakompresija

9

17

zrakzrak

vodavoda

krute krute česticečestice

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

••saturirano tlosaturirano tlo

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

kompresijakompresija kompresijakompresijaotpor vodeotpor vode

18

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

zrakzrak

krute krute česticečestice

••nesaturirano tlonesaturirano tlo

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

zrakzrak

vodavoda

krute krute česticečestice

••saturirano tlosaturirano tlo

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

zbog vode - razlika između efektivnih i ukupnih naprezanja

10

19

20

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

zrakzrak

krute česticekrute čestice

••nesaturirano tlonesaturirano tlo

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

zrakzrak

vodavoda

krute česticekrute čestice

••saturirano tlosaturirano tlo

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPREZANJANAPREZANJA

EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPR.NAPR.

PORNI ILI HIDROPORNI ILI HIDRO--STATIČKI STATIČKI PRITISAKPRITISAK

UKUPNO = EFEKTIVNOUKUPNO = EFEKTIVNOUKUPNO = EFEKTIVNO + PORNI UKUPNO = EFEKTIVNO + PORNI

TLAKTLAK

11

21

zrakzrak

vodavoda

krute česticekrute čestice

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

smic

anje

smic

anje sm

icanjesm

icanje

••saturirano tlosaturirano tlo

nema posmičnu čvrstoćunema posmičnu čvrstoću

međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak

EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPR.NAPR.

22

PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA

σσ’’ = = σσ–– uu

povećanje razinepovećanje razinepodzemne vodepodzemne vodepovećanjepovećanje

pornog tlakapornog tlaka

umanjuju seumanjuju seefektivna naprezanjaefektivna naprezanja

sposobnost tla da se odupre sposobnost tla da se odupre sili smicanja je manjasili smicanja je manja

promjene u podzemnoj vodi utječu na efektivna naprezanja promjene u podzemnoj vodi utječu na efektivna naprezanja σσ’’

saturirano tlosaturirano tlo

12

23

RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru

HIDROSTATSKI TLAKHIDROSTATSKI TLAK I PROCJEĐIVANJEI PROCJEĐIVANJE

porni tlak u tlu kada je voda nepokretna

hidraulički gradijent –nagib linije

24

••porni tlak porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tlauvjeti: nema tečenja, nema naprezanja

porni tlak = jedinična težina vode pomnožena s visinom stupca vode(µ = γw* hp) µ = 0 kPa

µ = 1 kPa

µ = 3 kPa

13

25

••porni tlak porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tlauvjeti: 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 = ud – ug = γw

vrh uzorka – SAMO PORNI TLAK

µ = 0 kPa

µ = 1 kPa

µ = 5 kPa

µ = 0 kPa

µ = 1 kPa

µ = 5 kPa

26

• 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.

14

27

PODZEMNA VODA:

kretanje podzemne vodeBrzina TEČENJA podzemne vode KROZ TLO:

v = k * i

-nagib vodne plohe

-propusnost stijene.

Darcyjev zakon:

28

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PROTOKPROTOK

važno zbog računanja procjeđivanja kroz ili ispod nasipavažno zbog računanja procjeđivanja kroz ili ispod nasipa

••ANALITIČKA METODAANALITIČKA METODA

LhkAQ =

••GRAFIČKA METODAGRAFIČKA METODASTRUJNA MREŽASTRUJNA MREŽA

15

29

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 PODZEMNA VODA –– PROTOK PROTOK –– strujna mrežastrujna mreža

30

Upotreba strujne mreže• određivanje tlaka vode (pornog tlaka) u bilo

kojoj točki mreže:množenje piezometarske visine sa specifičnom težinom vodeµ =hp*γw

• određivanje protoka(za jednu strujnu cijev : qi=k*(∆H/ ∆ l)* ∆ bza kvadratičnu mrežu je ∆ l/∆ b=1

16

31

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PROTOK PROTOK –– strujna mrežastrujna mreža

Hnn

kQd

f=

qi = k* (∆H/ ∆ l)* ∆ b

32

PROPUSNOSTPROPUSNOST

zrakzrak

vodavoda

krute krute česticečestice

zrakzrak

krute krute česticečestice

••drenirani uvjetidrenirani uvjeti

TLOTLO

vodavoda

krute krute česticečestice

••nedrenirani uvjeti ilinedrenirani uvjeti ili••potpuno saturiranipotpuno saturirani

••parcijalno parcijalno drenirani uvjetidrenirani uvjeti

17

33

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI

PROPUSNOSTPROPUSNOST

zrakzrak

vodavoda

krute krute česticečestice

TLOTLO

••pore ili šupljine pore ili šupljine u tluu tlu

••KOLIČINAKOLIČINA••VELIČINAVELIČINA

••POVEZANOSTPOVEZANOSTporapora

uvjetuje uvjetuje propusnostpropusnost

tlatla

34

PROPUSNOST TLAPROPUSNOST TLA

mjerne jedinice i red veličinemjerne jedinice i red veličine

18

35

PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– SILA STRUJNOG TLAKASILA STRUJNOG TLAKA

••može prouzročiti istiskivanje individualnih česticamože 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)

ws iP γ=

••pojava ‘ključanja’ tla kod kritičnog hidrauličkog gradijentapojava ‘ključanja’ tla kod kritičnog hidrauličkog gradijentaSILA STRUJNOG TLAKA premašuju težinu tla; gubi se međuzrnsko trenje

w

b

w

wTci

γγ

γγγ

=−

=

...naprezanje u tlu prouzročeno tečenjem vode...naprezanje u tlu prouzročeno tečenjem vode(= hidraulički gradijent * jedinična težina vode)(= hidraulički gradijent * jedinična težina vode)

u krupnozrnatim pijescima ic je 0.9-1; FS (likvefakcija)=ic/i

ic = γ’/ γw

36

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)

19

37

povećanje RPV-a; opasnost od hidrauličkog sloma tla

38

slika Daso

20

39

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)

40

Proučavanje podzemne vodeProučavanje podzemne vodeu inženjerskoj geologijiu inženjerskoj geologiji

VODA KAO INŽENJERSKI PROBLEMVODA KAO INŽENJERSKI PROBLEM

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI

(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

21

41

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI

slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)

voda kao agens erozije – hidraulički slom tla

42

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI

slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)

22

43

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI

slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)

Otvorene frakture i pukotine u stijeni desnog potpornjakaOtvorene frakture i pukotine u stijeni desnog potpornjaka bile su inicijalni diskontinuiteti na kojima je započeo proces ispiranja materijala vodom.

44

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI ZAHVATI

•• BRTVENI SLOJEVIBRTVENI SLOJEVI

•• DRENOVIDRENOVI

•• BUŠOTINE I BUNARIBUŠOTINE I BUNARI

•• BARIJERE (različite vrste nasipa)BARIJERE (različite vrste nasipa)

23

45

sl 8.498.51

46

24

47

III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI ZAHVATI

izbor metode kontrole podzemne vode ovisi o geološkoj građi izbor metode kontrole podzemne vode ovisi o geološkoj građi podzemljapodzemlja

neophodni podaci o značajkama stijena/tala i podzemnoj vodineophodni podaci o značajkama stijena/tala i podzemnoj vodi

48

H

h

H / h =

γ slatke / γ slaney

=34y

γ = specifična težina