Zajęcia terenowe z Hydrologii Dojazd: Ulica Nadrzeczna - tramwaj 31, autobus 102, 103 przystanek Górnicza Miejsce spotkania Przygotować: 1. Pomiary przepływu w ciekach metody bezpośrednie (podręczni do ćwiczeń z Hydrologii ćwiczenie 7) http://rtarka.ing.uni.wroc.pl/publikacje/pdf/tarka_przedwodnik_hydrologia.pdf 2. Analiza makroskopowa gruntów - klucz do oznaczania rodzaju i nazw gruntów stosowany w geotechnice zgodnie z PN-86/B- 02480 http://rtarka.ing.uni.wroc.pl/dydaktyka/hydro_teren.pdf - klucz do organoleptycznego oznaczania grup granulometrycznych gleb i utworów mineralnych stosowany w gleboznawstwie zgodnie z propozycją 2008 Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego http://ssa.ptg.sggw.pl/files/artykuly/2009_60/2009_tom_60_2/tom_60_2_005-016.pdf - Aneks 3 - badania według PN-EN ISO 14688 (informacyjnie) https://www.inzynieriasrodowiska.com.pl/images/pdf_encyklopedia/badania_gruntow.pdf 1
3. Przepuszczalność skał - klasyfikacja przepuszczalności skał na potrzeby mapy hydrograficznej http://www.kgfiks.oig.ug.edu.pl/downloads/2012/bkl/gplegenda_map_hydrograficznych.pdf - strona 18 i 19 - oznaczanie przepuszczalności strefy aeracji z wykorzystaniem Pask Permeameter https://novascotia.ca/nse/water/docs/ostg_11-section11-techguideappendix.pdf 4. Oznaczenie przepuszczalności osadów korytowych http://rtarka.ing.uni.wroc.pl/dydaktyka/hydro_teren.pdf Klucz do oznaczania rodzaju i nazw gruntów stosowany w geotechnice zgodnie z PN-86/B-02480 Badania terenowe gruntów służą one do wstępnej oceny badanego gruntu. Są zbiorem badań które dają pewne wstępne dane na podstawie których możemy wnioskować o cechach charakteryzujących grunt oraz wstępnie określić jakie właściwości będzie posiadał. Szczegółowe informacje na temat próbek pobranych podczas badań terenowych uzyskuje się podczas badań laboratoryjnych. W terenie badanie gruntów przeprowadza się metodą makroskopową. Badania makroskopowe mają na celu wstępne określenie rodzaju gruntu i niektórych jego cech fizycznych bez pomocy przyrządów. Zakres badania zależy od celu analizy Dla analizy geotechnicznej najczęściej badania makroskopowe obejmują określenie rodzaju i nazwy gruntu, stanu gruntu, jego barwy i wilgotności oraz zawartości węglanu wapnia. Dodatkowo rozpoznaje się rodzaj i ilość domieszek. Przy badaniu gleb dla celów rolniczych leśnych czy środowiskowych analizuje się rodzaj gruntu, zawartość próchnicy, ph, zawartość węglanów i inne elementy w zależności od celu badania (na. zawartość azotu). Oznaczenie rodzaju gruntu Podstawowym badaniem makroskopowym jest określenie grupy granulometrycznej, czyli nazwy utworu, która jest pochodną zawartości poszczególnych frakcji z uwzględnieniem frakcji podstawowej. W geotechnice i gleboznawstwie stosuje się odmienne nazwy grunt. W tabeli 1 i 2 przestawiono więc klucz do oznaczania rodzaju i nazw gruntów stosowany w geotechnice zgodnie z PN-86/B-02480. W celu określenia rodzaju gruntu nieskalistego musimy wstępnie zaklasyfikować grunt, to znaczy ustalić czy jest on naturalny (inaczej rodzimy), powstały w wyniku procesów geologicznych, czy nasypowy - utworzony w wyniku działalności człowieka. W przypadku gruntów naturalnych ustala się czy mamy docenienia z gruntem mineralnym, czy organicznym. Następnie w grupie gruntów mineralnych, należy ustalić spoistość gruntu to znaczy określić czy grunt jest niespoisty czy spoisty. Dalsze czynności badawcze w celu dokładnego określenia nazwy gruntu zależą od wyniku wstępnej klasyfikacji. Czynności te są 2
odmienne dla poszczególnych grup gruntów. Próbka do badania powinna mieć naturalne uziarnienie i wilgotność. Grunt organiczny to grunt zawierający powyżej 2% części organicznych. Makroskopowo odróżniamy od mineralnego między innymi po "gnilnym" zapachu, bardzo ciemnej barwie, widocznych w nim częściach organicznych. Grunt organiczny jest wyraźnie lżejszy od mineralnego. Grunty organiczne dzieli się w zależności od genezy oznaczonej podczas badań terenowych oraz zawartości części organicznych oznaczonych orientacyjnie w badaniach makroskopowych, wyróżniając grunt próchniczny, namuł, gytię i torf. Grunty próchniczne różnią się od gruntów nieskalistych mineralnych zawartością części organicznych (2-5%). Oznaczeń ich rodzaju dokonuje się tak samo jak oznaczeń gruntów nieskalistych mineralnych (najczęściej są to grunty drobnoziarniste), dodając do nazwy takiego gruntu, że jest to grunt próchniczny (humusowy), np. piasek gliniasty, próchniczny. Namuły - większe ilości części organicznych makroskopowo odróżniamy po gnilnym" zapachu, ciemnej barwie, a także dużej liczbie wałeczkowań, przy pozornie niewielkiej wilgotności gruntu. Są to grunty powstałe w wyniku osadzania się substancji mineralnych i organicznych w środowisku wodnym. Wyróżnia się namuły piaszczyste lub gliniaste, Torfy mają charakterystyczną strukturę i teksturę włóknistą, porowatą, ze zmienną ilością nie rozłożonej substancji organicznej (na ogół pow. 30%). Gytia - namuły o zawartości węglanu wapnia ponad 5%. Jej właściwości zależą od stosunku ilościowego substancji organicznej, węglanu wapnia oraz części mineralnych bezwapiennych (piasku, pyłu lub iłu). W zależności od zawartości substancji organicznej wyróżnia się gytie: o mineralne (do 10% części organicznych) - w zależności od ilości części węglanowych i bezwęglanowych oraz substancji organicznej makroskopowo mogą wykazywać cechy zbliżone do kredy jeziornej (dużą kruchość, jasne zabarwienie czasem o odcieniu różowym) lub do gruntów spoistych (większą spójność, szare, brunatne lub niebieskawe zabarwienie). o organiczno-mineralne (10-30% części organicznych), - wł. podobne jak mineralne, o organiczne (ponad 30% części organicznych) - w stanie wilgotnym stanowią substancję koloidalną, podobną do galarety, miękką w dotyku, sprężystą o barwach ciemnych szarych, brunatnych. Po wyschnięciu zmniejszają objętość i twardnieją. Oznaczanie zawartości próchnicy Zawartość próchnicy można stwierdzić opierając się na udziale koloru szarego w ogólnej barwie wilgotnej gleby Badanie: szufelkę gleby lekko nawilżamy i układamy na papierze. Udział koloru szarego w barwie gleby szacujemy według poniższej tabeli. Łatwiejsze od niezależnego określenia jest porównanie dwóch różnych gleb. 3
Analiza: Przy takiej samej zawartości próchnicy piaski są ciemniejsze niż gleby drobnoziarniste. Kolor piasek Zawartość próchnicy w % glina / ił pyłowy / ił biały < 0,2 jasnoszary < 0,2 0,2-1 szary 0,2-1 1 2 ciemnoszary 1 2 2-4 szaroczarny 2-4 4-8 czarny 4-15 8-15 W zależności od zawartości próchnicy wyróżnia się: Zawartość próchnicy % Opis 0-0,2 0,2-1 1-2 2-4 4-8 8-15 15-30 >30 bardzo uboga w próchnicę uboga w próchnicę zawierająca próchnicę próchniczna bogata w próchnicę bardzo bogata w próchnicę przytorfowa Grunt mineralny to grunt, w którym zawartość części organicznych jest mniejsza od 2 %. Grunt taki należy określić jako spoisty, jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrzno-suchego tworzy on zwarte grudki. Grunt należy określić jako niespoisty (sypki), jeżeli po wyschnięciu do stanu powietrznosuchego stanowi on niezwiązane ze sobą cząstki lub grudki, rozpadające się pod wpływem lekkiego nacisku palcem. Jeżeli grunt jest w stanie wilgotnym, to rodzaj gruntu określa się na podstawie zdolności do formowania kulki. Grunt spoisty, w przeciwieństwie do sypkiego umożliwia uformowanie kulki. torf Oznaczenie nazwy gruntów niespoistych Nazwa gruntów niespoistych zależy od procentowej zawartości frakcji o danych wymiarach i jest określana makroskopowo na podstawie wzrokowej oceny wielkości i ilości ziaren poszczególnych frakcji Tab. 1. Nazwa gruntu Zawartość frakcji w procentach > 2 mm > 0,5 mm > 0,25 mm Wskazówki dodatkowe Żwir (Ż) > 50 fi 2% widoczna przewaga frakcji żwirowej (> 2 mm) Żwir gliniasty (Żg) > 50 fi > 2% tworzy zespolone grudki Pospółka (Po) 50-10 > 50 fi 2% Pospółka gliniasta (Pog) oddzielne ziarna są widoczne z odległości kilku metrów 50-10 > 50 fi > 2% tworzy zespolone grudki Piasek gruby (Pr) < 10 > 50 oddzielne ziarna są widoczne z odległości 2-3 m Piasek średni (Ps) < 10 < 50 > 50 oddzielne ziarna są widoczne, lecz z odległości 1 m Piasek drobny (Pd) Piasek pylasty (P ) < 10 < 50 < 50 < 10 < 50 < 50 oddzielne ziarna są widoczne, lecz z odległości 20-30 cm bardzo drobny piasek; po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki, które rozsypują się przy podnoszeniu do góry; na palcach pozostaje mączka pyłowa 4
Oznaczenie nazwy gruntów spoistych Rodzaj gruntów spoistych zależy przede wszystkim od zawartości w nich frakcji iłowej, a ponadto od zawartości frakcji pyłowej i piaskowej. Dla celów geotechnicznych wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych (stopnie spoistości), przy czym spoistość nadaje gruntom frakcja iłowa (tab. 2). Rodzaje gruntów makroskopowo określa się na podstawie próby wałeczkowania, a w przypadkach wątpliwych - uzupełnionej próbą rozmakania i rozcierania zgodnie z PN-88/B-04481. Próba wałeczkowania 1. Z przeznaczonej do badań grudki gruntu usuwa się ziarna żwirowe i formuje palcami kulkę o średnicy 7 mm. w przypadku gruntów twardoplastycznych i zwięzłych najpierw grunt należy zwilżyć woda. 2. Z kuleczki formuje się wałeczek na wyprostowanej dłoni, prawą nieznacznie naciskając grunt i przesuwając wzdłuż lewej z szybkością około 2 razy na sekundę. 3. Czynność prowadzi się aż do uzyskania wałeczka o średnicy 3 mm na całej jego długości. 4. Jeżeli wałeczek nie wykazuje spękań i nie łamie się przy podniesieniu go w palcach do góry, zgniata się go, ponownie formuje kuleczkę i wałeczkuje od nowa. 5. Kolejne czynności wałeczkowania wykonuje się tak długo, aż wałeczek po uzyskaniu średnicy 3 mm rozsypie się lub zaczyna pękać 6. W czasie wałeczkowania gruntu obserwuje się: a. rodzaj spękań (podłużne czy poprzeczne), b. zmiany wyglądu powierzchni wałeczka (czy wałeczek pozostaje cały czas matowy, czy i kiedy nabiera połysku). 7. Rodzaj uszkodzeń i wygląd wałeczka określa rodzaj gruntu (tab. 2) 8. Próbę wałeczkowania przeprowadza się co najmniej na dwóch grudkach gruntu, a w przypadku wyraźnej niezgodności wyników dodatkowo na trzeciej kulce. Spękanie wałeczka : a wałeczek spękany podłużnie, b wałeczek spękany poprzecznie. 5
Próba rozcierania 1. Grudkę gruntu przeznaczonego do badań rozciera się między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. 2. Jeżeli podczas tego rozcierania pozostaje między palcami dużo ziarn piasku, grunt zalicza się do grupy pierwszej gruntów o największej zawartości piasku (tab. 2) 3. Jeżeli w palcach wyczuwa się pojedyncze ziarna piasku, grunt zalicza się do grupy drugiej gruntów o pośredniej zawartości piasku jak i pyłu (tab. 2) 4. Jeżeli miedzy palcami nie pozostają ziarna piasku, grunt zaliczamy do grupy trzeciej gruntów o minimalnej zawartości piasku, na korzyść zawartości pyłu. Próba rozmakania 1. Próbkę umieszcza się na siatce o wymiarach boków oczek kwadratowych 5 mm i zanurza w całości w zlewce z wodą destylowaną 2. Mierzy się czas rozmakania grudki od chwili zanurzenia w wodzie, aż do momentu przeniknięcia jej przez oczka siatki w wyniku rozpadnięcia 3. Czas rozmakania, zależny od zwartości frakcji iłowej w próbce, pozwala na zaliczenie jej do odpowiedniego rodzaju gruntu. Oznaczenie barwy gruntu Jedną z cech makroskopowych gruntu jest jego barwa, często ułatwiająca makroskopowe wydzielenie różnych rodzajów gruntów. Barwa w niektórych przypadkach jest wynikiem określonego składu mineralnego gruntu lub zawartych w nim domieszek. barwę określamy na przełomie bryły gruntu o naturalnej wilgotności; kolor dominujący określa się na końcu (np. szary); natężenie barwy określamy jako jasny, ciemny; podajemy na początku (np. jasny); podajemy odcień (np. żółty); otrzymamy pełną nazwę barwy gruntu (np. jasnożółto-szary). Oznaczanie wilgotności gruntu Grunt spoisty należy określić jako: a) suchy jeżeli grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a w stanie rozdrobnionym nie wykazuje zawilgocenia, b) mało wilgotny jeżeli grudka przy zgniataniu odkształca się plastycznie lecz papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne (nie brudzą), c) wilgotny jeżeli papier lub ręka przyłożona do próbki stała się wilgotna (brudzi), d) mokry jeżeli przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się z niego woda, e) nawodniony jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie. Grunt niespoisty określa się jako: a) suchy gdy nie wykazuje śladu wilgoci, a przy przesypywaniu kurzy się, b) wilgotny gdy zostawia ślad na papierze lub dłoni, c) nawodniony gdy woda odsącza się z niego samoczynnie. 6
Tab. 2. 7
ANALIZA MAKROSKOPOWA GRUNTU Lokalizacja: Nr otworu: Długość geograficzna Szerokość geograficzna Roślinność: Roślinność: pola uprawne, łąki, pastwiska, kultury specjalne (np. ogrody), ugory, inne użytki (np. parki, lasy, nieużytki) Data poboru Nr próbki Nazwisko osoby pobierającej Przelot warstwy [m] Głębokość pobrania próbki Rodzaj gruntu Rodzaj próbki do badań laboratoryjnych Rodzaj zabezpieczenia (nr pierścienia) Rodzaj gruntu: organiczny, mineralny niespoisty, mineralny spoisty Rodzaj próbki: o naturalnym uziarnieniu (NU), o naturalnej wilgotności (NW), o naturalnej strukturze (NNS). Próba wałeczkowania Próba rozcierania w wodzie Próba rozmakania wygląd wałeczka Liczba wałeczków:.............. 8
Badanie przepuszczalności osadów korytowych Do badań infiltracji zbliżone są metody badań przepuszczalności osadów korytowych. Wykorzystuje się tu cylindry filtracyjne wbite w osady korytowe rzeki (ryc. 4.14). Do cylindra wlewa się wodę w celu wytworzenia gradientu hydraulicznego i spowodowania przepływu wody przez osady korytowe. Pomiary polegają na obserwacji tempa obniżania się zwierciadła wody w cylindrze. RYCINA 4.14. Pomiar współczynnika filtracji utworów korytowych Pionowy współczynnik filtracji utworów korytowych można obliczyć z wzoru Darcy lub wzoru Hvorsleva (Fox G., 2003): wzór Darcy L k v t t 1 0 H 0 ln [4.12] H 1 gdzie: L głębokość wbicia cylindra w osady korytowe [L], t 1 -t 0 czas badania, H 0 wzniesienie zwierciadła wody w cylindrze nad poziom wody w rzece w czasie t 0, H 1 wzniesienie zwierciadła wody w cylindrze nad poziom wody w rzece w czasie t 1, wzór Hvorsleva D k m L 11 H 0 v ln [4.13] t t H 1 0 gdzie: D średnica cylindra, m wskaźnik izotropowości utworów korytowych 1 kh m [4.14] k gdzie: k h horyzontalny współczynnik filtracji utworów korytowych v Cylinder pomiarowy stanowią zwykle rury z PVC o długości 100 cm i średnicy 15-20 cm. Należy wbić je na głębokość co najmniej 25-30 cm. 9