22.11.11

1

Odwadnianie  obiektów  i  wykopów  

budowlanych  

 

dr  inż.  Patryk  Wójtowicz  

Systematyka  wód  śródlądowych

 

wody

śródlądowe

wody

powierzchniowe

wody płynące

(rzeki, potoki

górskie etc.)

wody stojące

(jeziora, stawy,

zbiorniki etc.)

wody podziemne

22.11.11

2

Systematyka  wód  podziemnych  (wg  Pazdro)

 

Strefa

Typ wody

Stan fizyczny
wody

Rodzaje wód

Nawietrzenia
(aeracji)

higroskopowa
błonkowata
kapilarna

przywierająca
(adhezyjna)

wsiąkowa
zawieszona

wolna
(grawitacyjna)

warstwowe
szczelinowe
krasowe

Nasycenia
(saturacji)

zaskórna
gruntowa
wgłębna
głębinowa (juwenilna)

Wody  przywierające  -­‐  adhezyjne

 

•  Wody  adhezyjne  (tzw.  wody  związane  z  gruntem)  

–  zwilżają  poszczególne  ziarna  gruntu.  Wskutek  

istnienia  sił  przyczepności  między  wodą  a  gruntem  

wody  adhezyjne  adsorbowane  na  powierzchni  

ziaren  

•  Wody  adhezyjne  dzielimy  w  zależności  od  stopnia  i  

sposobu  wiązania  cząstek  wody  z  cząstkami  gruntu  

na:  

–  higroskopowe  
–  błonkowate  
–  kapilarne  

22.11.11

3

Woda  higroskopowa

 

•  Woda  higroskopowa  adsorbowana  jest  zazwyczaj  przez  

ziarna  gruntu  z  pary  zawartej  w  powietrzu  wypełniającym  

pory  gruntowe  (stan  zbliżony  do  ciała  stałego)  

•  Molekuły  wody  higroskopowej  przywierają  do  ziaren  gruntu  

z  siłą  mierzoną  w  giga  paskalach  

•  Ilość  wody  higroskopowej  waha  się  od  setnych  części  

procentu  w  piaskach  grubych  do  20  %  w  ciężkich  iłach  

woda  higroskopowa  w  postaci  

osobnych  molekuł  wody  

woda  higroskopowa  w  postaci  

otoczki  o  grubości  1÷140  średnic  
drobiny  wody  

Woda  błonkowata  

 

•  Woda  błonkowata  powstaje  gdy  grunt  osiągnie  

maksymalną  wilgotność  higroskopową  

(występuje  w  stanie  ciekłym)  

•  Na  powierzchni  ziaren  gruntu  otoczonych  wodą  

higroskopową  powstaje  pole  elektryczne  

(różnica  pomiędzy  stałą  dieelektryczną  cząstek  

gruntu  a  wody  

 

22.11.11

4

Woda  błonkowata

 

•  Pole  elektryczne  powoduje  przyciąganie  dipoli  

wody  do  powierzchni  cząstek  gruntu  

•  Siła  przyciągania  maleje  wraz  z  odległością  od  powierzchni  

cząstki  gruntu,  w  pewnej  odległości  zanika  –  przeważa  

wówczas  siła  grawitacji  (woda  wolna)  

grubość  warstewki  wody  

błonkowatej  –  ok.  0.5  mm  

Woda  błonkowata

 

•  Woda  błonkowata  może  być  w  pewnym  

stopniu  pobierana  przez  rośliny  

•  Zawartość  w  gruncie  (tzw.  wilgotność  

molekularna)  zależy  od  wielkości  ziaren  i  ich  

składu  geochemicznego  

22.11.11

5

Wilgotność  molekularna  w  zależności  od  rodzaju  

gruntu

 

Rodzaj gruntu

Średnica ziaren

Maksymalna wilgotność
molekularna w zależności od
ciężaru gruntu suchego

Piasek gruboziarnisty

1.00 ÷ 0.50 mm

1.57 %

Piasek średnioziarnisty

0.50 ÷ 0.25 mm

1.60 %

Piasek drobnoziarnisty

0.25 ÷ 0.10 mm

2,73 %

Mułek piaszczysty

0.10 ÷ 0.05 mm

4.75 %

Mułek

0.05 ÷ 0.005 mm 10.18 %

Ił

< 0.005 mm

44.85 %

Woda  kapilarna

 

•  Woda  kapilarna  (włoskowata)  wypełnia  włoskowate  

kanaliki  (kapilary)  między  cząsteczkami  gruntu  lub  

szczelinki  w  skałach  litych  

•  Woda  kapilarna  istnieje  dzięki  sile  napięcia  

powierzchniowego  powstającego  wskutek  przyciągania  

wody  przez  zwilżoną  powierzchnię  cząstek  gruntu  

•  Pod  wpływem  tych  sił  woda  może  poruszać  się  w  

dowolnych  kierunkach  –  dążąc  z  miejsc  bardziej  

wilgotnych  do  bardziej  wysuszonych  (w  zależności  od  

średnicy  kanalików)  

•  Wznoszenie  kapilarne  trwa  dopóki  ciśnienie  

hydrostatyczne  słupa  wody  nie  zrównoważy  ciśnienia  

włoskowatego  

22.11.11

6

Woda  kapilarna

 

•  Wysokość  wznoszenia  kapilarnego  zależy  

przede  wszystkim:  

–  od  wymiarów  kanalików  porowatych  –  uziarnienie  

gruntu  

–  składu  geochemicznego  
–  zawartości  części  organicznych  

Woda  kapilarna

 

•  Woda  kapilarna  związana  jest  z  wodą  wolną  w  

strefie  nasycenia  tworzy  strefę  wznoszenia  

kapilarnego  

•  Woda  kapilarna  zawieszona  i  stykowa  występuję  

również  w  strefie  nawietrzonej  (aeracji)      

22.11.11

7

Woda  wolna  -­‐  podział

 

Woda

wolna

Woda

wsiąkowa i

zawieszona

Woda

zaskórna

Woda

gruntowa

Woda

wgłębna

Woda

głębinowa

Woda  wolna  -­‐  grawitacyjna

 

•  Woda  wolna  wypełnia  w  gruncie  większe  pory  lub  

szczeliny  w  których  wskutek  nadmiaru  cząstek  

wody  zostaje  przekroczona  siła  przylegania  

(adhezji)  i  cząstki  nie  podlegające  adhezji  mogą  

przemieszczać  się  pod  wpływem  siły  ciężkości  

•  Woda  wolna  z  opadów  atmosferycznych  przesiąka  

pod  wpływem  siły  ciężkości  w  głąb  (przy  

sprzyjających  wymiarach  porów)  aż  do  poziomu  

warstwy  nieprzepuszczalnej  –  tworząc  strefę  

nasycenia  (saturacji)  

22.11.11

8

Strefa  saturacji

 

•  Strefa  saturacji  (nasycenia)  –  zbiornik  lub  

strumień  wody  podziemnej  nad  którą  istnieje  

strefa  nawietrzenia  (aeracji)  

•  Granica  między  strefą  saturacji  a  aeracji  to  

zwierciadło  wody  podziemnej  

Woda  wsiąkowa  i  zawieszona

 

•  Woda  wsiąkowa  to  woda  przesączająca  się  w  

dół  przez  strefę  aeracji  

•  Woda  wsiąkowa  zatrzymana  na  stropie  

warstwy  nieprzepuszczalnej  nazywana  jest  

wodą  zawieszoną  

22.11.11

9

Woda  zaskórna

 

•  Woda  zaskórna  występuje  w  strefie  tak  zbliżonej  

do  powierzchni  ziemi,  że  położona  nad  nią  strefa  

wznoszenia  kapilarnego  łączy  się  z  obszarem  

parowania  wody  z  gruntu  i  zasięgu  korzeni  roślin  

lub  osiąga  powierzchnię  ziemi  

Woda  gruntowa

 

•  Woda  gruntowa  jest  oddzielona  od  

powierzchni  ziemi  strefą  aeracji  

•  Zwierciadło  wody  gruntowej  (granica  

pomiędzy  strefą  saturacji  i  aeracji)  nie  stanowi  

fizycznej  granicy  między  gruntem  wilgotnym  a  

suchym  

•  Stan  zwierciadła  wody  gruntowej  uzależniony  

jest  głównie  od  opadów  atmosferycznych  (z  

opóźnieniem  wynikającym  z  koniecznością  

pokonania  drogi  przesiąkania)  

22.11.11

10

Zwierciadło  wody  swobodne  i  napięte

 

•  Zwierciadło  wody  może  być  swobodne  lub  napięte    

•  Zwierciadło  napięte  oznacza  że  górna  

powierzchnia  strefy  nasycenia  ukształtowana  jest  

stosownie  do  spągu  przykrywającej  ją  

nieprzepuszczalnej  warstwy  (woda  naporowa)  

•  Ciśnienie  wywierane  przez  zwierciadło  napięte  to  

ciśnienie  piezometryczne  

•  Gdy  zwierciadło  statyczne  wznosi  ponad  

powierzchnię  ziemi  =  ciśnienie  artezyjskie  

•  Gdy  zwierciadło  statyczne  nie  osiąga  powierzchni  

terenu  =  ciśnienie  subartezyjskie  

Woda  wgłębna

 

•  Woda  wgłębna  to  suma  wszystkich  wód  

podziemnych  zasilanych  przez  opady  

atmosferyczne  lecz  znajdujące  się  w  warstwach  

wodonośnych  pokrytych  utworami  

nieprzepuszczalnymi  (nie  mającymi  

bezpośredniego  kontaktu  z  powierzchnią  ziemi)  

•  Zasilanie  wód  wgłębnych  odbywa  się  poprzez  

infiltrację  opadów  atmosferycznych  na  

wychodniach  warstw  bądź  za  pośrednictwem  

innych  warstw  wodonośnych  

22.11.11

11

Wody  wgłębne  –  występowanie  wód  

artezyjskich

 

1.  Warstwa  wodonośna  

2.  Warstwa  nieprzepuszczalna  

3.  Obszar  zasilania  
4.  Studnia  artezyjska  

5.  Poziom  równowagi  hydrostatycznej  (linia  ciśnień  piezometrycznych)  
6.  Studnia  subartezyjska  

7.  Źródło  artezyjskie

 

Występowanie  wód  wgłębnych

 

Zasilanie  wody  wgłębnej  wodą  gruntową  przez  okno  hydrogeologiczne  w  

nieprzepuszczalnym  stropie  

1  –  warstwa  nieprzepuszczalna  

2  –  warstwa  wodonośna  

22.11.11

12

Wody  wgłębne

 

Zasilanie  wody  wgłębnej  na  wychodni  warstwy  wodonośnej  

1  –  warstwa  nieprzepuszczalna  

2  –  warstwa  wodonośna  

Woda  wgłębna

 

Zasilanie  wody  wgłębnej  wodą  gruntową  przez  szczelinę  uskokową  

1  –  warstwa  wodonośna  

2  –  warstwa  nieprzepuszczalna  
3  –  zasilana  warstwa  wodoprzepuszczalna  

22.11.11

13

Woda  wgłębna

 

Zasilanie  wody  wgłębnej  wodą  gruntową  przez  okno  hydrogeologiczne  w  

nieprzepuszczalnym  stropie  

1  –  warstwa  wodonośna  

2  –  warstwa  nieprzepuszczalna  
3  –  zasilana  warstwa  wodoprzepuszczalna  

Woda  wgłębna  

 

•  Woda  wgłębna  (juwenilna)  pochodzi  z  

powstającej  w  głębi  ziemi  pary  wodnej  

wydzielającej  się  ze  stygnącej  magmy  

•  Woda  wgłębna  nie  ma  kontaktu  z  pozostałymi  

formami  wody  wolnej  

22.11.11

14

Charakterystyka  gruntów  

 

•  Według  nomenklatury  geologicznej  wszystkie  utwory  

budujące  skorupę  ziemską  nazywane  są  skałami  

•  W  budownictwie  skały  nazywane  są  gruntem  

Skały

Skały sypkie

(np. piaski,

żwiry)

Skały spoiste

(np. iły, gliny)

Skały zwięzłe

(np. granity,

piaskowce)

Klasyfikacja  gruntów  budowlanych

 

Skaliste

Skały

Lite, mało spękane, średni spękane, bardzo spękane

kamieniste

wietrzelina, wietrzelina gliniasta,
rumosz, rumosz gliniasty, otoczaki

nieskaliste

mineralne

gruboziarniste

żwiry, żwir gliniasty, pospółka, pospółka
gliniasta

drobnoziarniste

niespoiste
sypkie

piasek gruby, średni,
drobny i pylasty

spoiste

piasek gliniasty, pył
piaszczysty, glina
piaszczysta, glina, glina
pylasta zwięzła, ił
piaszczysty, ił, ił pylasty

organiczne

grunt próchniczy, namuł, torf

nasypowe

nasyp budowlany, nasyp niekontrolowany

22.11.11

15

Podstawowe  cechy  hydrogeologiczne  gruntów  

•  Wyróżniamy  następujące  parametry  fizyczne  

opisujące  właściwości  gruntów:  

–  skład  granulometryczny    
–  porowatość  
–  wodochłonność  i  odsączalność  
–  wysokość  wznoszenia  kapilarnego  
–  wodoprzepuszczalność  
–  ciśnienie  spływowe  

http://www.tajnikigeotechniki.pl/

Skład  granulometryczny  gruntu

 

•  Skład  granulometryczny  (uziarnienie)–  określa  wymiary  

ziaren  gruntu  co  ma  decydujący  wpływ  na  jego  

właściwości  techniczne  oraz  opisową  klasyfikację  gruntu  

•  Skład  granulometryczny  gruntu  określa  się  na  podstawie  

analizy  sitowej  (grunty  piaszczyste  i  żwirowe)  lub  

areometrycznej  (stosuje  się  dla  gruntów  o  d  <  0.07  mm)  

•  Metoda  analizy  sitowej  polega  na  badaniu  rozkładu  

frakcji  drogą  przesiewania  przez  kalibrowane  sita  

•  W  metodzie  analizy  areometrycznej  określa  się  prędkość  

opadania  cząstek  gruntu  w  wodzie  (za  pomocą  

areometru)  

22.11.11

16

Wykres  uziarnienia  gruntu  

 

•  Wykres  uziarnienia  gruntu  przedstawia  się  w  

postaci  krzywej  sumowej  w  skali  

półlogarytmicznej  

•  Wykres  uziarnienia  gruntu  stanowi  podstawę  

do  określenia  nazwy  gruntu,  miarodajnej  

(efektywnej)  średnicy  gruntu  ziaren  gruntu  d

e

 

oraz  wskaźnika  nierównomierności  uziarnienia  

U    

Metoda  sitowa  (wg  

PN-­‐B-­‐04481:1988  

)

 

Kolejne  etapy  metody  sitowej:  

1.  Suszenie  i  ważenie  próbki  gruntu,  
2.  Przesiewanie  próbki  gruntu  przez  zestaw  sit  o  różnych  

wymiarach  oczek,  

3.  Oznaczenie  ciężaru  cząstek  zatrzymanych  na  

poszczególnych  sitach,  

4.  Określenie  ich  procentowego  udziału  w  wadze  całej  

próbki,  

5.  Sporządzenie  krzywej  sumowej  uziarnienia  gruntu.  

(PN-­‐B-­‐04481:1988  Grunty  budowlane  -­‐  Badania  próbek  

gruntu)  

22.11.11

17

Krzywa  sumowa  uziarnienia  gruntu

 

Średnica  miarodajna  gruntu  d

e  

•  Średnica  zastępcza  to  średnica  cząstki  kulistej  o  tej  

samej  gęstości  właściwej  co  cząstka  gruntowa  (nieregularna),  

opadającej  w  wodzie  z  taką  samą  prędkością  jak  rzeczywista  

cząstka  gruntu  (w  praktyce  operujemy  średnicą  zastępczą)  

•  Średnica  zastępcza  ziaren  jednorodnego  ośrodka  

porowatego,  charakteryzuje  się  tymi  samymi  własnościami  

(jak  np.  wodoprzepuszczalność)  jak  grunt  rzeczywisty  

•  Z  krzywej  można  odczytać  charakterystyczne  średnice  

zastępcze:  

–  d

50

 –  średnica  charakterystyczna,  która  wraz  z  ziarnami  

mniejszymi  stanowi  wagowo  50%  próbki  

–  d

10

 –  średnica  charakterystyczna,  która  wraz  z  ziarnami  

mniejszymi  stanowi  wagowo  10  %  próbki  

–  d

60

 –  średnica  charakterystyczna,  która  wraz  z  ziarnami  

mniejszymi  stanowi  wagowo  60  %  próbki  

22.11.11

18

Wskaźnik  równomierności  uziarnienia  U  

•  Wskaźnik  równomierności  uziarnienia  U    

60

10

d

U

d

=

•  Na  podstawie  wartości  wskaźnika  uziarnienia  U  

określamy  rodzaj  gruntu:  

•  U  <  5  -­‐  grunt  równoziarnisty  

•  15  >  U  >  5  -­‐  grunt  nierównoziarnisty  

•  U  >  15  -­‐  grunt  bardzo  nierównoziarnisty    

Frakcje  uziarnienia–  podział  ziaren  i  cząstek  

gruntów    

Nazwa frakcji

Średnice zastępcze ziaren i
cząstek

Kamienista

> 40 mm

Żwirowa

40 ÷ 2 mm

Piaskowa

2 ÷ 0.05 mm

Pyłowa

0.05 ÷ 0.002 mm

Iłowa

< 0.002 mm

ziarna  >  0.05  mm  

cząstki  <  0.05  mm  

22.11.11

19

Klasyfikacja  żwirów  i  piasków  

Nazwa gruntu

Zawartość ziaren

o wymiarach

udział w procentach

Żwir

> 2 mm

≥ 50 %

Pospółka

> 2 mm

10 ÷ 50 %

Piasek gruboziarnisty

> 0.5 mm

≥ 50 %

Piasek średni

> 0.25 mm

≥ 50 %

Piasek drobny

> 0.25 mm

< 50 %

Piasek pylasty

> 0.25 mm

< 50 %

w tym:

frakcja pyłowa: 10 ÷ 30 %

frakcja iłowa: 0 ÷ 2 %

Uziarnienie  piasku  i  żwiru  

Piasek

Żwir

0.25 ÷ 0.50 mm

2 ÷ 3 mm

0.50 ÷ 0.75 mm

3 ÷ 4 mm

0.75 ÷ 1.0 mm

4 ÷ 6 mm

1.0 ÷ 1.5 mm

6 ÷ 8 mm
8 ÷ 12 mm
12 ÷ 16 mm
16 ÷ 25 mm
25 ÷ 35 mm

22.11.11

20

Klasyfikacja  gruntów  -­‐  trójkąt  Fereta  (wg  PN-­‐86/

B-­‐02480)  

Określić  nazwę  gruntu  o  składzie  

granulometrycznym:  
-­‐   frakcja  piaskowa  –  67%  

-­‐   frakcja  pyłowa  –  27  %  
-­‐   frakcja  iłowa  –  6  %  

Klasyfikacja  gruntów  nieskalistych  mineralnych  

(wg  PN-­‐86/B-­‐02480)  -­‐  Piaski  

Nazwa gruntu

Symbol

Zawartość frakcji

Dodatkowe

kryteria

> 2 mm

> 0.5 mm > 0.25 mm

Piasek gruby

Pr

< 10 %

> 50 %

-

d

50

> 0.5 mm

Piasek średni

Ps

< 10 %

< 50 %

> 50 %

0.5 mm ≥ d

50

>

0.25 mm

Piasek drobny

Pd

< 10 %

< 50 %

< 50 %

d

50

≤ 0.25 mm

Piasek pylasty

Pp

< 10 %

< 50 %

< 10 %

Grunt kamienisty: d

50

> 40 mm

Grunt gruboziarnisty: d

50

≤ 40 mm

22.11.11

21

Badania  polowe  

•  Wyjaśnienie  przyczyn  zabagniania  gruntów,  

opracowanie  prognozy  zmian  stanów  wody  podziemnej  

a  także  zaprojektowanie  racjonalnego  sposobu  

odwodnienia  wymagają  przeprowadzenia  odpowiednich  

studiów  i  badań  polowych  mających  na  celu  określenie:  

–  rodzaju,  rozmieszczenia  i  rozmiarów  warstw  wodonośnych,  
–  zmienności  w  czasie  i  przestrzeni  stanów  zwierciadła  wody  

lub  ciśnienia  piezometrycznego  i  ich  zależności  od  

czynników  meteorologicznych,  hydrologicznych  i  innych,  

–  składu  fizykochemicznego  wody  podziemnej  z  punktu  

widzenia  trwałości  i  długoletniej  sprawności  urządzeń  

melioracyjnych  

Badania  polowe  

•  Badania  polowe  uwzględniają:  

–  badania  geologiczne  
–  pomiary  stanów  wody  podziemnej  
–  pomiary  prędkości,  kierunku  i  natężenia  przepływu  

strumienia  wody  podziemnej  

–  pompowania  badawcze  (próbne)  

22.11.11

22

Profil  geologiczny  otworu  wiertniczego  

Przekrój  geologiczny  terenu  

22.11.11

23

Porowatość  gruntu  

•  Wolne  przestrzenie  pomiędzy  ziarnami  gruntu  

nazywamy  porami  

•  Wielkość  por  zależy  od:  

–  wielkości  ziaren  
–  kształtu  ziaren  
–  wzajemnego  ułożenia  ziaren  

•  Porowatość  to  stosunek  objętości  porów  do  

całkowitej  objętość  próbki  gruntu  

p

V

n

V

=

Porowatość  gruntu  cd.  

•  Zamiast  porowatości  stosuje  się  także  wskaźnik  

porowatości  e  –  jako  stosunek  objętości  porów  

do  objętości  ziaren  szkieletu  gruntowego:  

p

z

V

V

ε

=

•  Porowatość  gruntu  można  przeliczyć  na  

wskaźnik  porowatości  za  pomocą  wzoru:  

1

n

n

ε

=

−

22.11.11

24

Wpływ  kształtu  ziaren  i  nierównomierności  

uziarnienia  na  porowatość  gruntu  

Ziarna  wyokrąglone,  

uziarnienie  równomierne  

Ziarna  wyokrąglone,  

uziarnienie  równomierne  

Ziarna  ostrokrawędziaste  -­‐  

blaszkowate  

Porowatość  wybranych  gruntów  budowlanych  

Nazwa gruntu

Porowatość w %

Gleba

43 ÷ 65

Torf

76 ÷ 89

Muły świeże

50 ÷ 90

Iły plastyczne

35 ÷ 70

Gliny

24 ÷ 42

Lessy

40 ÷ 65

Lessy gliniaste

25 ÷ 35

Piaski o równomiernym uziarnieniu

25 ÷ 50

Pospółki

15 ÷ 30

Żwiry

20 ÷ 55

Margle

20 ÷ 49

22.11.11

25

Wodochłonność  i  odsączalność  gruntu  

•  Wodochłonność  (w)  to  zdolność  wchłonięcia  i  

utrzymania  przez  grunt  określonego  typu  wody  

(adhezyjnej  i  wolnej)  

•  W  praktyce  wyróżnia  się  pełną  nasycalność  wodną  

(całkowitą  wodochłonność)  gruntu  gdy  wszystkie  

próżnie  w  gruncie  wysycone  są  wodą  –  stan  

saturacji  

n

s

s

G

G

w

G

−

=

w

n

w

γ

δ

=

G

n

 –  ciężar  gruntu  całkowicie  

nasyconego  wodą,  N  
G

s

 –  ciężar  gruntu  suchego  (w  temp.  

278-­‐283K),  N  
g

w

 –  ciężar  właściwy  wody,  N/m

3  

d

 –  ciężar  objętościowy  gruntu,  N/

m

3  

Odsączalność  

•  Odsączalność  wagowa  to  zdolność  całkowicie  

nasyconego  wodą  gruntu  do  oddawania  wody  

wolnej  pod  działaniem  sił  ciężkości  

•  Odsączalność  wagowa  to  stosunek  ciężaru  

odsączonej  wody  do  ciężaru  gruntu  suchego:  

n

m

s

G

G

G

µ

−

=

G

m

 –  ciężar  gruntu  o  maksymalnej  wilgotności  molekularnej  (woda  

błonkowata  i  zakątkowa)  

22.11.11

26

Ile  wody  zmieści  się  gruncie?  

•  Gliny  –  do  520  litrów  
•  Iły  –  od  200  do  500  litrów  
•  Piaski  –  od  300  do  450  litrów  
•  Piaskowce  –  od  kilku  do  400  litrów  

Wysokość  wznoszenia  kapilarnego  

•  Wysokość  wznoszenia  kapilarnego  w  gruncie  

nieskalistym  zależy  od:  

–  uziarnienia  
–  składu  mineralnego  
–  zawartości  części  organicznej  
–  składu  chemicznego  wody  
–  temperatury  wody  

22.11.11

27

Wysokość  wznoszenia  kapilarnego  h

k

 w  

niektórych  gruntach  

Zależność  wzniosu  kapilarnego  w  piasku  od  

zawartości  w  nim  części  gliniastych  

22.11.11

28

Wodoprzepuszczalność  gruntu  

•  Wodoprzepuszczalność  gruntu  to  zdolność  do  

przewodzenia  cieczy  –  charakteryzowana  jest  

przez  współczynnik  filtracji  k

f  

•  Wodoprzepuszczalność  zależy  od:  

–  geometrycznych  cech  gruntu  (wymiar  i  kształt  

ziaren)  

–  porowatości  
–  fizykochemicznych  cech  wody  (głównie  od  lepkości)  

Współczynnik  filtracji  k

f

 

•  Współczynnik  filtracji  został  wprowadzony  w  

prawie  Darcy  dla  filtracji:  

   

 

 

           v

f

 =  k

f

 I

 

v

f

 –  prędkość  filtracji  –  jako  v

f

 =  Q/A  

I  –  spadek  hydrauliczny  –  jako  I  =  DH/L  
 
Spadek  hydrauliczny  to  stosunek  straty  wysokości  

rozporządzalnej  ciśnienia  DH  do  długości  drogi  

przesączania  L  

22.11.11

29

Prawo  Darcy  filtracji  

Współczynnik  filtracji  

•  Współczynnik  filtracji  wyznaczyć  można:  

–  na  podstawie  krzywej  uziarnienia  próbki  gruntu  
–  za  pomocą  permeametru  
–  na  podstawie  badań  polowych  

22.11.11

30

Wartości  współczynników  filtracji  k

f

 gruntów  

nieskalistych  

Obliczenia  współczynnika  filtracji  w  gruntach  

anizotropowych  i  niejednorodnych  

•  W  gruncie  jednorodnym  izotropowym  wartość  

współczynnika  filtracji  jest  jednakowa  w  

każdym  punkcie  i  niezależna  od  kierunku  

przepływu  wody  (założenie  większości  wzorów  

w  hydrogeologii)  

•  Wyróżniamy  również  (występujące  częściej  w  

naturze)  grunty  jednorodne  anizotropowe  oraz  

niejednorodne  

22.11.11

31

Grunt  jednorodny  anizotropowy  

•  W  gruncie  jednorodnym  anizotropowym  

współczynnik  filtracji  jest  jednakowy  w  każdym  

punkcie,  ale  zależy  od  kierunku  przepływu  

wody  

•  Anizotropię  gruntu  (w  2D)  scharakteryzować  

można  za  pomocą  elipsy  anizotropii  

Elipsa  anizotropii  

•  Elipsa  anizotropii  to  obwiednia  końców  

wektorów  określających  wartości  

współczynnika  k

f

 w  różnych  kierunkach  

22.11.11

32

Grunt  jednorodny  anizotropowy  

•  Stopień  anizotropii  to  stosunek  k

fmax

 do  k

fmin  

•  Średnia  wartość  współczynnika  filtracji  k

fsr

 w  

gruntach  jednorodnych  anizotropowych  

obliczyć  można  ze  wzoru:  

max

min

fsr

f

f

k

k

k

=

Grunt  niejednorodny  

•  W  gruntach  niejednorodnych  wartość  

współczynnika  filtracji  jest  zależna  od  punktu  

położenia  

•  W  przypadku  filtracji  równoległej  do  warstw  

gruntu  o  różnej  grubości  h

i

 i  różnych  

współczynnikach  k

f

 do  obliczeń  należy  posługiwać  

się  wartością  średnią  współczynnika  filtracji:

 

fi

i

fr

i

k h

k

h

=

∑

∑

22.11.11

33

Grunt  niejednorodny  

•  W  przypadku  filtracji  prostopadłej  wartość  

współczynnika  filtracji  obliczamy  ze  wzoru:  

i

fp

i

fi

h

k

h k

=

∑

∑

Charakterystyka  gruntów  o  cechach  

specyficznych  

•  Wyróżniamy  następujące  specyficzne  grunty:  

–  lessy  
–  kurzawka  
–  muły  
–  grunty  podlegające  sufozji  
–  grunty  wysadzinowe  

22.11.11

34

Grunty  lessowe  pochodzenia  eolicznego  

•  Grunty  lessowe  charakteryzują  się  tym,  że  przy  

zawilgoceniu  z  reguły  znacznie  zwiększają  swoją  

objętość  co  powoduje  ich  pękanie  i  zapadanie  się  

•  Głębokość  zapadów  może  dochodzić  do  2  metrów,  

szerokości  szczelin  ograniczających  bloki  do  80  cm  

Grunty  kurzawkowe  i  upłynniające  się  

•  Kurzawka  powstaje  w  wyniku  upłynnienia  

gruntu  przez  wodę  (nasycenia)  

•  Kurzawka  występuje  w  średnio-­‐  i  

drobnoziarnistych  lub  pylastych  gruntach  

piaszczystych  lub  piaszczysto-­‐gliniastych  

•  Do  gruntów  kurzawkowych  zalicza  się  grunty  o  

uziarnieniu  0.005  ÷  1  mm  

•  Kurzawka  jest  zjawiskiem  bardzo  

niebezpiecznym  

22.11.11

35

Grunty  kurzawkowe  i  upłynniające  się  

•  Kurzawki  charakteryzują  się  specyficznym  

zachowaniem  się  i  specyficznymi  dla  nich  

właściwościami:  

–  nieustanne  napływanie  gruntu  do  wykopu  na  

miejsce  już  wybranego  

–  wypływanie  gruntu  z  bocznych  ścian  wykopu  

(powstawanie  pustek,  pękanie  gruntu  i  obwałów)  

–  woda  wydzielając  się  z  kurzawki  ma  niekiedy  kolor  

szaromleczny  (jak  mleko  wapienne  lub  cementowe)  

i  nie  klaruje  się  

Tworzenie  się  kurzawki  

22.11.11

36

Kurzawka  w  wykopie  

1 – wykop
2 – grunt słabo przepuszczalny
3 – grunt kurzawkowy nasycony wodą
4 – kierunki naporu i filtracji wody i możliwe miejsca wdarcia się
kurzawki do wykopu

Grunty  podlegające  sufozji  

•  Wyróżniamy  sufozję  mechaniczną  i  chemiczną  

gruntu  

•  Sufozja  prowadzi  do  osiadania  gruntu  

•  Sufozja  mechaniczna  to  proces  wymywania  z  

gruntu  jego  najdrobniejszych  cząstek  czy  ziaren  

pod  wpływem  ciśnienia  spływowego  wody  –  

szkielet  gruntu  pozostaje  przy  tym  w  zasadzie  nie  

naruszony  

•  Sufozja  chemiczna  polega  na  rozpuszczaniu  przez  

przesączającą  się  wodę  składników  gruntu  i  

unoszeniu  ich  w  postaci  roztworu  (rozpuszczane  są  

gipsy,  dolomity)  

22.11.11

37

Sufozja  mechaniczna  

•  Sufozja  mechaniczna  występuje  w  gruntach  

wodoprzepuszczalnych  

•  Do  sufozji  dochodzi  może  dochodzić  w  warunkach  

naturalnych  np.  na  zboczach  –  posiadających  

poniżej  stoku  wychodnie  

•  Sufozja  może  być  spowodowana  przez  sztuczne  

wywołanie  ruchu  burzliwego  wody  podziemnej:  

–  odpompowanie  wody  z  wykopu,  wyrobisk  etc.  
–  czerpanie  wody  ze  studni  
–  nieszczelny  wodociąg  bądź  kanalizację  

Grunty  wysadzinowe  

•  Grunty  wysadzinowe  charakteryzują  się  tym  że  w  

okresach  zimowych  przy  ich  przemarzaniu  

powierzchnia  terenu  wznosi  się,  tworząc  tzw.  

wysadziny  –  natomiast  na  wiosnę  tworzą  się  tzw.  

przełomy  

•  Przyczyną  powstawania  wysadzin  jest  zamarzanie  

w  gruncie  wody  podciąganej  kapilarnie  bądź  

pochodzącej  z  parowania  wody  gruntowej  

zalegającej  w  strefie  nasycenia  

•  Wysadziny  mogą  osiągać  wysokość  od  kilku  do  

kilkunastu  centymetrów