Określanie współczynnika filtracji
na podstawie krzywej uziarnienia
IŚ, Rok I, grupa 2/1
Jędrzej Jakubów
Damian Karbowniczek
Bartłomiej Kliś
Natalia Niedziela
Data wykonania ćwiczenia: 11.04.2014
Data oddania ćwiczenia:
1. Wstęp:
Celem ćwiczenia było wykonanie analizy granulometrycznej próbki gleby w celu określenia współczynnika filtracji za pomocą odpowiednich wzorów.
Współczynnik filtracji1 charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów). Grunt stawia opór przesączającej się wodzie, opór ten i współczynnik filtracji zależy od właściwości gruntu:
rodzaju ośrodka gruntowego
porowatości
uziarnienia
struktury gruntu
właściwości filtrującej cieczy - lepkości.
Aby wyznaczyć ten współczynnik, wykonaliśmy analizę sitową2 polegającą na wstrząsaniu wysuszonej próbki za pomocą zestawu sit o zróżnicowanych rozmiarach oczek. Dzięki temu poznaliśmy zawartość poszczególnych frakcji w próbce. Pomiary te graficznie przedstawione w krzywej uziarnienia2 pozwoliły na określenie rodzaju gleby w próbce (zgodnie z normą PN-EN ISO 14688) oraz odczytanie średnicy miarodajnej. Przyjmuje się najczęściej, że średnica miarodajna2 to średnica ziaren kulistych skały fikcyjnej, idealnie jednorodnej, która wykazuje taką samą przepuszczalność jak skała rzeczywista i stawia taki sam opór przepływającej wodzie. Można przyjąć, że jest to średnica ziaren, które z mniejszymi stanowią razem dany procent ciężaru badanej próbki, stąd jest określana jako np. d10, d20, d60.
Znajomość średnicy miarodajnej jest konieczna do wyznaczenia współczynnika nierównomierności uziarnienia2, czyli ilościowego określenia nierównomierności uziarnienia skały okruchowej. Współczynnik ten jak i odpowiednie średnice miarodajne były nam potrzebny do zastosowania we wzorach. We wzorach pojawia się również porowatość2, tj. cecha utworów skalnych wynikająca z obecności w nich pustek dostępnych dla przepływu wody. Ilościowo wyraża się ją współczynnikiem porowatości. Te wielkości można wyznaczyć badaniami, ale w naszym wypadku skorzystaliśmy z tabeli1 przyporządkowującej odpowiednią porowatość do rodzaju gleby w próbce (który określiliśmy dzięki trójkątowi Fereta).
Przypisy:
Zdzisław Pazdro, Bohdan Kozerski, Hydrogeologia ogólna, Warszawa 1990
J. Dowgiałło, A. S. Kleczkowski, T. Macioszczyk, A. Różkowski, Słownik hydrogeologiczny, Warszawa 2002
2. Przebieg ćwiczenia:
Z wysuszonej porcji gleby wybraliśmy próbkę i zważyliśmy ją na wadze. Następnie przygotowaliśmy do pracy wytrząsarkę, montując zestaw sit (z oczkami o największych rozmiarach na górze), wsypując na sita próbkę gleby i zabezpieczając całość. Urządzenie zostało włączone na około 5 minut, po czym zważyliśmy osobno każdą z frakcji pozostałych na sitach. Wyniki zebraliśmy w zbiorczej tabeli, po czym przeszliśmy do wykonania krzywej uziarnienia, określenia potrzebnych nam wielkości i obliczenia współczynnika filtracji za pomocą odpowiednich wzorów.