s gli(

Zwierciadło napięte (pod ciśnieniem, naporowe) formuje się wtedy, gdy woda wolna na swej powierzchni poddana jest ciśnieniu większemu niż atmosferyczne. Po nawierceniu (odkopaniu) takiego zwierciadła następuje wznios wody, który teoretycznie powinien stabilizować się na poziomie odpowiadającym zwierciadłu swobodnemu wody w miejscu zasilania, tworząc tak zwane zwierciadło statyczne. W rzeczywistości w wyniku oporów, jakie musi pokonać woda podziemna przepływająca przez podłoże gruntowe, poziom ten jest niższy i woda stabilizuje się na poziomie zwierciadła piezometrycznego, czyli na poziomie określonym faktycznym ciśnieniem wody naporowej.

Zwierciadłem napiętym charakteryzuje się głównie woda wgłębna, ale niekiedy też i pozostałe rodzaje wody wolnej, aczkolwiek na znacznie mniejszych obszarach. Zwierciadło napięte wyznaczone jest przez spąg warstwy nieprzepuszczalnej przykrywającej od góry warstwę wodonośną. Charakterystyka wody naporowej wymaga określenia nie tylko zwierciadła napiętego, ale i zwierciadła piezometrycznego. Wahania poziomu piezometrycz-nego są odbiciem złożonych zmian zachodzących w środowisku geologicznym. Poważny wpływ ma tu nie tylko naturalne wahanie zasilania wodą opadową, ale również sztuczne wzbogacanie lub zubożanie warstwy wodonośnej przez człowieka.

Sączenia wody w gruntach spoistych też mają zazwyczaj wodę pod pewnym ciśnieniem, dlatego przy nawierceniu (odkopaniu) lustro jej stabilizuje się nieco wyżej niż poziom nawiercony.

Do potrzeb budowlanych ważne jest ustalenie miąższości warstwy suchej, która informuje o głębokości zalegania wody wolnej pod powierzchnią terenu. W terenie, gdzie pierwsza woda podziemna jest wodą wgłębną o zwierciadle napiętym, miąższość warstwy suchej odnosi się do poziomu zwierciadła piezometrycznego tej wody podziemnej. Nie uwzględnia się jednak na ogół wody sączeniowęj i wody zawieszonej.

Linie łączące punkty o jednakowej głębokości zwierciadła wody poniżej powierzchni terenu noszą nazwę hydroizobat. Zwyczajowo przyjmuje się w budownictwie lądowym głębokości hydroizobat 0,5 m, 2 m i 5 m.

Uzasadnieniem tych granic jest możliwość korzystnej lokalizacji i łatwego rozwiązania infrastruktury podziemnej (magazyny, garaże, tunele, wodociągi, kanalizacje, ciepłociągi itp.), gdy woda wolna występuje głębiej niż 5 m p.p.t., pojawianiem się trudności rozwiązania posadowienia budowli podpiwniczonych, gdy woda wolna występuje płycej niż 2 m p.p.t., i nieprzydatnością terenu do zabudowy do stałego pobytu ludzi, gdy woda jest płycej niż 0,5 m p.p.t.

W pracach budowlanych istnieje czasem konieczność osuszenia podłoża gruntowego. Wykonuje się to w sposób celowy obniżając poziom wody podziemnej przez jej wypompowywanie. Wytworzony w sposób sztuczny obniżony poziom wody określa się jako zwierciadło dynamiczne.

5.3. Ruch wody podziemnej i przepuszczalność podłoża

Przemieszczanie się wody podziemnej zachodzi wskutek występowania w masie wodnej gradientów (spadków) głównie czterech pól: pola energii mechanicznej (M), pola

elektrycznego (E), pola temperatur (T) i pola stężeń (S) roztworu (woda podziemna nie jest czystym związkiem H2O). Gdyby występowało każde z tych pól z osobna, podziemna płynęłaby w kierunku spadku energii, spadku potencjału elektryczn* spadku temperatury, wzrostu stężenia roztworu. Gdy występują wszystkie poła, ruch w wyznaczony jest wypadkowym oddziaływaniem tych pól. W warunkach naturaln; dominujący wpływ na ruch wody podziemnej mają: dla wody związanej - pole T, wody wolnej i kapilarnej - pole M; chociaż współdziałają i pozostałe pola, jednak wpływ naturalny jest na ogół do pominięcia. Natomiast w warunkach interwę człowieka przeważający wpływ może mieć pole E (elektroosmoza, elektroforeza) lub S (składowiska odpadów, nawożenie, chemiczna ochrona roślin) i to dla wszystki rodzajów wody.

Do potrzeb budownictwa zastosowanie geologii obejmuje jedynie wpływ pola ener mechanicznej na ruch wody wolnej. Podstawą analiz obliczeniowych jest równani Bemoulliego pozwalające wyznaczyć gradient energii i (zwany też spadkiem hydraulicznym oraz uogólnione wzory Darcy na obliczanie prędkości v filtracji wody przez grunt i prędko' rzeczywistej u przepływu wody.

(5.1)

v = k (i - i₀), u = v / n_e.

We wzorach tych k jest współczynnikiem wodoprzepuszczalności (filtracji) gruntu [m/d],! /„ - bezwymiarowym gradientem początkowym (ruch wody zaczyna się dopiero wtedy, gdy gradient i przekroczy wartość /<,), n_t. - porowatością efektywną gruntu (dotyczącą przestrzeni dostępnych dla przepływu wody wolnej). Prędkość filtracji v jest wielkością umowną wyznaczaną w założeniu przepływu wody nie tylko przez pory efektywnie dostępne, ale przez cały przekrój gruntowy (razem z ziarnami i kamieniami) i dlatego w zagadnieniach, gdzie ważny jest czas przepływu wody, należy posługiwać się prędkością rzeczywistą u

W problematyce budowlanej często konieczna jest znajomość kierunku i prędkości przepływu wody podziemnej. Do tego celu bardzo przydatna jest mapa hydroizohips. Hydroizohipsy, są to linie łączące punkty o jednakowej rzędnej zwierciadła swobodnego nad poziomem morza. W przypadku wody naporowej konstruowane są mapy hydroizopiez, Hydroizopiezy są to linie łączące punkty o jednakowej rzędnej zwierciadła piezometrycznego nad poziomem morza. Przykład wykorzystania mapy hydroizohips do omawianego celu podaje rys. 5.2. Kierunek przepływu wody przyjmuje się jako prostopadły do hydroizohips,, zaś spadek hydrauliczny i wstawia się do wzorów (5.1), aby obliczyć prędkości przepływu wody.

Wielkości k, i₀ oraz n, są parametrami układu szkielet gruntowy - ciecz i dla powszechnie występującej wody wolnej mają dla różnych gruntów w przybliżeniu wartości podane w tabeli 5.1 (przedziały wartości dotyczą przeciętnie stwierdzanych stanów! zagęszczenia lub konsolidacji).

Liczne grunty wykazują silną anizotropię filtracyjną: zazwyczaj współczynnik filt w kierunku poziomym jest dużo większy niż w kierunku pionowym.