fizicko-mehanicka i hidrogeoloska svojstva stena

FIZIKA I HIDROGEOLOKA SVOJSTVA STENA

Osnovi hidrogeologije

IIIPOGLAVLJE

Osnovi hidrogeologije (Prof. Dr Veselin Dragii)

POJAM I VIDOVI STENAPOJAM I VIDOVI STENA

StenaStena predstavljapredstavlja sistemsistem kojikoji se se sastojisastoji odod::

vrstihvrstih mineralnihmineralnih esticaestica kojekoje izgraujuizgrauju skeletskelet stenestene,, meuprostorameuprostora izmeuizmeu esticaestica skeletaskeleta razlirazliitihitih veliveliinaina i i genezegeneze (pore, (pore, prslineprsline, ,

pukotinepukotine, , kavernekaverne),), vodenogvodenog rastvorarastvora u u meuprostorimameuprostorima izmeuizmeu vrstihvrstih esticaestica kojikoji susu u u razlirazliitimitim

agregatnimagregatnim stanjimastanjima ((tetenomnom, , vrstomvrstom, , fizifizikiki vezanomvezanom), u ), u uzajamnomuzajamnom dejstvudejstvusasa esticamaesticama skeletaskeleta ii

vodenevodene pare i pare i gasovagasova u u meuprostorimameuprostorima kojikoji nisunisu zauzetizauzeti vodomvodom ((slikaslika IIIIII--1).1).

Po Po svojimsvojim mehanimehanikimkim svojstvimasvojstvima svesve stenestene se se mogumogu podelitipodeliti nana tri tri grupegrupe: : vrstovrstovezanevezane, , slaboslabo vezanevezane i i nevezanenevezane ((rastresiterastresite).).

Slika III-1. ema rasporeda vode i vazduha u porama krupnozrne stene

1 - vodeni rastvor; 2 - vodena para i gasovi; 3 - vrste mineralne estice


FIZIFIZIKA SVOJSTVA STENSKIH MASAKA SVOJSTVA STENSKIH MASAOsnovnaOsnovna hidrogeolohidrogeolokaka svojstvasvojstva stenastena ((vlavlanostnost, , kapilarnostkapilarnost, , vodopropusnostvodopropusnost i i izdaizdanostnost) ) zavisezavise odod mnogihmnogih faktorafaktora, pre , pre svegasvega odod fizifizikihkih svojstavasvojstava stenastena kaokao totosusu: :

granulometrijskigranulometrijski sastavsastav, , gustinagustina vrstihvrstih esticaestica, ,

gustinagustina stenastena i i poroznostporoznost stenskihstenskih masamasa..

GRANULOMETRIJSKI SASTAVGRANULOMETRIJSKI SASTAV

ZaZa odreivanjeodreivanje granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava, u , u zavisnostizavisnosti odod vrstevrste stenastena, , koristekoriste se se sledesledeee metodemetode: : metodametoda prosejavanjaprosejavanja, , metodametoda sedimentacijesedimentacije ((metodametodahidrometrisanjahidrometrisanja, , metodametoda centrifuge, centrifuge, metodametoda pipetepipete) i ) i kombinovanakombinovana metodametoda..

MetodaMetoda prosejavanjaprosejavanja.. PrimenjujePrimenjuje se se zaza odreivanjeodreivanje granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastavarastresitihrastresitih zrnastihzrnastih stenastena, , tjtj. . stenastena veveihih odod 0.06 mm.0.06 mm.


PostupakPostupak hidrometrisanjahidrometrisanja zasnivazasniva se se nana odreivanjuodreivanju brzinebrzine padanjapadanja esticaestica raznihraznihveliveliinaina krozkroz mirnumirnu voduvodu. .

RezultatiRezultati granulometrijskihgranulometrijskih analizaanaliza mogumogu se se izrazitiizraziti tabelarnotabelarno, , teteinskiminskim iliiliprocentualnimprocentualnim sadrsadrajemajem odgovarajuodgovarajuihih frakcijafrakcija ((tabelatabela IIIIII--1), i 1), i grafigrafikiki -- u u viduviduhistogramahistograma ((slikaslika IIIIII--2), 2), integralnimintegralnim krivamakrivama granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava, , odnosnoodnosnogranulometrijskimgranulometrijskim krivamakrivama u u obiobinojnoj, a , a najnajeeee u u semilogaritamskojsemilogaritamskoj podelipodeli ((slikaslikaIIIIII--3) i 3) i trokomponentnogtrokomponentnog ((trouglogtrouglog) ) dijagramadijagrama ((slikaslika IIIIII--4).4).

Slika III-2. Histogram granulometrijskog sastava (Castany, 1967)d (mm) - prenik zrna; q (%) - procenat uea frakcije


Tabela III-1. Proraun frakcija na osnovu prosejavanjapreko USA sita (Stojadinovi, 1984)

Broj USA

Otvor okca

Ukupna masa

Zadrano na situ

Ukupno zadrano

Ukupno prolo

stand. sita mm ms= 2 kg kg % kg % kg %

ms msi - msi - ms-msi %

4 4.76 0.00 0.00 0.00 0.00 2.000 100

10 2.00 0.0284 1.42 0.0284 1.42 1.4716 98.50

20 0.84 0.0566 2.83 0.0850 4.25 1.9150 95.78

40 0.42 0.4604 33.02 0.5451 27.27 1.4846 78.18

60 0.25 0.4400 21.00 0.9854 48.21 1.0146 50.73

100 0.147 0.2364 11.82 1.1218 63.09 0.7782 39.01

140 0.105 0.1126 5.63 1.3344 66.78 1.6656 13.28

200 0.074 0.6316 31.58 1.9640 98.30 0.0340 1.70

dno 0.0340 0.017 2.000 100.00


Slika III-3. Integralna kriva granulometrijskog sastavau semi-logaritamskoj podeli (Filipovi, 1980)


Slika III-4. Trokomponentni dijagram granulometrijskog sastava


Podela rastresitih sedimenata na osnovu franulometrijskog sastava:

a) Stene krupnozrnog sastava,

Blokovi

Drobina ljunkovi

krupan srednji sitan

2000 mm 200mm 60 mm 20 mm 6 - 2 mm

b) Stene sitnozrnog sastava,

ZaZa ocenuocenu raspodeleraspodele esticaestica u u stenisteni koristekoriste se se karakteristikarakteristinini preprenicinici zrnazrna nana krivojkrivojgranulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava ((dd1010 i i dd6060 ). Na ). Na osnovuosnovu njihnjih momoee se se odreditiodrediti koeficijentkoeficijentjednorodnostijednorodnosti iliili uniformnostiuniformnosti, a , a slusluee i i zaza odreivanjeodreivanje koeficijentakoeficijenta filtracijefiltracije..

Osnovi hidrogeologije (Prof. Dr Veselin Dragii))

GUSTINA GUSTINA VRSTIH VRSTIH ESTICAESTICA

GustinaGustina vrstihvrstih esticaestica stenestene ((ss)) predstavljapredstavlja masumasu vrstihvrstih esticaestica u u jedinicijedinici njihovenjihovezapreminezapremine bezbez porapora..

GustinaGustina vrstihvrstih esticaestica stenastena direktnodirektno zavisizavisi odod gustinegustine pojedinihpojedinih mineralaminerala kojikojiizgraujuizgrauju stenustenu. . OnaOna se se izraizraavaava sledesledeimim odnosomodnosom::

)(g/cm Vm= 3

s

ss

gdegde susu::mmss -- masamasa vrstihvrstih esticaestica (g) i(g) iVVss -- zapreminazapremina stenestene bezbez porapora (cm(cm33).).

Osnovi hidrogeologije Prof. Dr Veselin Dragii))

GUSTINA GUSTINA STENASTENA

GustinaGustina stenestene (()) predstavljapredstavlja odnosodnos masemase stenestene u u jedinicijedinici zapreminezapremine stenestene, , pripriemuemu susu pore u pore u stenisteni ispunjeneispunjene vodomvodom i i vazduhomvazduhom::

= mV

(g / cm3 )

gdegde susu::mm -- masamasa stenestene u u prirodnomprirodnom

stanjustanju (g) i(g) iVV -- zapreminazapremina stenestene zajednozajedno

ss poramaporama u u prirodnomprirodnomstanjustanju (cm(cm33).).


AkoAko jeje stenastena u u suvomsuvom stanjustanju, , gustinagustina stenestene ((dd) ) predstavljapredstavlja odnosodnos masemase uzorkauzorka suvesuvestenestene i i njenenjene zapreminezapremine, , pripri emuemu susu pore u pore u stenisteni ispunjeneispunjene samosamo vazduhomvazduhom..

d s 3= mV (g / cm )gdegde susu::mmss -- masamasa stenestene u u suvomsuvom stanjustanju (g) i(g) iVV -- zapreminazapremina stenestene zajednozajedno sasa poramaporama (cm(cm33).).

GustinaGustina stenestene u u zasizasienomenom stanjustanju ((zz) ) predstavljapredstavlja odnosodnos masemase vlavlanene stenestene u u jedinicijedinicizapreminezapremine stenestene, , pripri emuemu susu pore u pore u stenisteni ispunjeneispunjene vodomvodom::

gdegde susu::mmzz -- masamasa vlavlanene stenestene (g) i(g) iVV -- zapreminazapremina stenestene s s poramaporama ispunjenimispunjenim

vodomvodom (cm(cm33).).

z z 3= mV (g / cm )


POROZNOST STENAPOROZNOST STENAPojam i vidovi Pojam i vidovi poroznostiporoznosti

Stena, po svom nastanku i naknadnom dejstvu sekundarnih procesa Stena, po svom nastanku i naknadnom dejstvu sekundarnih procesa (fizi(fizikoko--hemijsko raspadanje, tektonski pokreti i dr), obihemijsko raspadanje, tektonski pokreti i dr), obino ne predstavlja monolit, veno ne predstavlja monolit, ve u u sebi sadrsebi sadri odreene meuprostore i odreene meuprostore (pore, pukotine ili (pore, pukotine ili upljine), razliupljine), razliitog oblika i itog oblika i veliveliine.ine.

Svi meuprostori u steni koji nisu zauzeti Svi meuprostori u steni koji nisu zauzeti vrstom mineralnom materijom, bez vrstom mineralnom materijom, bez obzira na naobzira na nain postanka, oblik, veliin postanka, oblik, veliinu i meusobnu povezanostinu i meusobnu povezanost, predstavljaju , predstavljaju ukupnu poroznostukupnu poroznost..

Treba napomenuti da pod pojmom Treba napomenuti da pod pojmom poroznostiporoznosti velik broj autora podrazumeva pore velik broj autora podrazumeva pore, , tj. ptj. prostore izmeu zrna kod rastresitih sedimentnih stena rostore izmeu zrna kod rastresitih sedimentnih stena ((pornaporna poroznostporoznost), a ), a ostale vidove imenuje kao ostale vidove imenuje kao ispucalostispucalost i i karstifikovanostkarstifikovanost..


Pasivne porePasivne pore su meusobno razdvojene u steni i nemaju uticaja na akumuliranj su meusobno razdvojene u steni i nemaju uticaja na akumuliranje i e i kretanje podzemnih voda.kretanje podzemnih voda.

Aktivne poreAktivne pore obuhvataju sve meuprostore u steni koji su povezani i sa obuhvataju sve meuprostore u steni koji su povezani i sa atmosferom i koji omoguatmosferom i koji omoguavaju kretanje i akumuliranje podzemnih voda.avaju kretanje i akumuliranje podzemnih voda.

Od pojma Od pojma ukupne ukupne poroznostiporoznosti treba razlikovati pojam treba razlikovati pojam efektivneefektivne poroznostiporoznosti, k, koja oja obuhvata one meuprostore u steni ispunjene samo slobodnom obuhvata one meuprostore u steni ispunjene samo slobodnom (gravitacionom) (gravitacionom) vodom, zanemarujuvodom, zanemarujui meuprostore zauzete fizii meuprostore zauzete fiziki vezanim i kapilarnim vodama.ki vezanim i kapilarnim vodama.

OblikOblik i i veliveliinaina poroznostiporoznosti

Po Po svomsvom oblikuobliku, , meuprostorimeuprostori u u stenisteni mogumogu bitibiti razlirazliitogitog, , najnajeeee nepravilnognepravilnog, , oblikaoblika, , takotako dada imim jeje tetekoko datidati odgovarajuodgovarajuii nazivnaziv. . NajNajeeee se u se u stenskimstenskim masamamasamasresreuu okruglasteokruglaste, , cevastecevaste, , crevastecrevaste, , elipsoidneelipsoidne, , izduizdueneene, , razlirazliitoito izdvojeneizdvojene i i potpunopotpuno nepravilnenepravilne porepore. .


Slika III.5. Tipovi poroznosti po Meinzeru (Milojevi, 1967) A - dobro sortiran aluvijalni materijal; B - loe sortiran aluvijalni materijal, mala poroznost; C -

dobro sortiran materijal od poroznih valutaka, vrlo velika poroznost; D - dobro sortiran materijal, ali je poroznost smanjena usled cementacije; E - stene sa kavernoznom poroznou; F - stene

sa pukotinskom poroznou;A, B, C, D - primarna poroznost; E, F - sekundarna poroznost


SveSve pore se pore se mogumogu razvrstatirazvrstati premaprema veliveliiniini nana makroporemakropore, , kojekoje se vide se vide golimgolim okomokom, i , i mikroporemikropore, , kojekoje se vide se vide uveuveaneane pod pod lupomlupom iliili mikroskopommikroskopom. . OsimOsim oveove, , izvrizvrenaena jejepodelapodela premaprema preprenikuniku porapora i i iriniirini pukotinapukotina, , nana subkapilarnesubkapilarne, , kapilarnekapilarne i i superkapilarnesuperkapilarnepore i pore i pukotinepukotine, , odnosnoodnosno nana nekapilarnunekapilarnu ((kavernekaverne, , pukotinepukotine, , izuzetnoizuzetno krupnozrnekrupnozrnerastresiterastresite stenestene i i subkapilarnusubkapilarnu i i kapilarnukapilarnu poroznostporoznost ((kapilarikapilari i i subkapilarisubkapilari) () (tabelatabela IIIIII--4).4).

Tabela III-4. Podela pora u odnosu na veliinu

Razmera pora Vid poroznosti Vrsta pora Prenik okruglastih

pora (mm) irina pukotina

(mm) Kaverne, pukotine,

izuzetno krupnozrne rastresite stene

>2.0 >2.0 Nekapilarna

Superkapilari 2.0-0.5 2.0-0.25 Kapilari 0.5-0.002 0.25-0.0001 Kapilarna

Subkapilari


KoeficijentKoeficijent poroznostiporoznosti

KoeficijentKoeficijent poroznostiporoznosti stenastena (e) (e) predstavljapredstavlja odnosodnos zapreminezapremine porapora premaprema zapreminizapreminivrstevrste faze, faze, odnosnoodnosno vrstihvrstih esticaestica..

KoeficijentKoeficijent poroznostiporoznosti pokazujepokazuje gustinugustinu stenestene, , odnosnoodnosno tlatla. . UkolikoUkoliko jeje koeficijentkoeficijent e e veveii, , utolikoutoliko jeje gustinagustina stenastena manjamanja a a samimsamim timtim veveaa poroznostporoznost i i obrnutoobrnuto..

PremaPrema porekluporeklu porapora, , poroznostporoznost momoee bitibiti: : primarnaprimarna i i sekundarnasekundarna. . ZaZa mnogemnoge stenestenekarakteristikarakteristinono jeje prisustvoprisustvo i i primarneprimarne i i sekundarnesekundarne poroznostiporoznosti ((slosloenieni tip tip poroznostiporoznosti).).

PrimarnaPrimarna poroznostporoznostSekundarnaSekundarna poroznostporoznost..

TipoviTipovi poroznostiporoznosti


StrukturaStruktura poroznostiporoznosti stenskihstenskih masamasa jeje kompleksnakompleksna prostornaprostorna osobinaosobina njihovenjihoveporoznostiporoznosti. . NjuNju ujednoujedno ineine preovlaujupreovlaujuii oblikoblik porapora u u njenojnjenoj stenskojstenskoj masimasi, , njihovnjihovrasporedraspored i i nanainin njihovenjihove spojenostispojenosti u u porneporne agregateagregate ((StepanoviStepanovi, 1962)., 1962).

GlavniGlavni, , odnosnoodnosno najrasprostranjenijinajrasprostranjeniji, , tipovitipovi poroznostiporoznosti susu::

meuzrnskameuzrnska,, pukotinskapukotinska i i kavernoznakavernozna..

OsimOsim ovihovih, , javljajujavljaju se i se i nekineki reeree zastupljenizastupljeni tipovitipovi poroznostiporoznosti kaokao toto susu::

sunerastasunerasta i i crevastacrevasta..


MeuzrnskaMeuzrnska poroznostporoznost

MeuzrnskiMeuzrnski tip tip poroznostiporoznosti najnajeeee jeje karakteristikarakteristianan zaza klastiklastinene sedimentesedimente: : ljunkoveljunkove, , peskovepeskove, , glinegline, , drobinedrobine i i slsl. . JavljaJavlja se, se, aliali reeree, i , i kodkod drugihdrugih stenskihstenskihmasamasa ((magmatskihmagmatskih, , metamorfnihmetamorfnih i i sedimentnihsedimentnih), i to u ), i to u zonizoni raspadanjaraspadanja u u povrpovrinskominskom i i pripovrpripovrinskominskom deludelu rasprostranjenja.rasprostranjenja.

Foto III-1. Meuzrnska poroznost


PoroznostPoroznost stenastena sastavljenihsastavljenih odod zrnazrna istogistog preprenikanika ((jednorodnejednorodne) ) stenestene zavisizavisi ododmeusobnogmeusobnog polopoloajaaja tihtih zrnazrna. . RasporedRaspored zrnazrna istogistog preprenikanika momoee bitibiti takavtakav dadapostipostiee maksimalnumaksimalnu poroznostporoznost nnmaxmax..= 47, 64 % (= 47, 64 % (kubnikubni), ), odnosnoodnosno minimalnaminimalna nnminmin..= = 25.92 % (25.92 % (tetraedarskitetraedarski).).

Slika III-6. Kubni (a) i tetraedarski (b) raspored zrna u poroznoj sredini


PukotinskaPukotinska poroznostporoznost

KarakteristiKarakteristinana jeje zaza magmatskemagmatske, , metamorfnemetamorfne i i vrstevrste sedimentnesedimentne stenestene. . OvuOvuporoznostporoznost ineine pukotinepukotine razlirazliitihitih dimenzijadimenzija kojekoje presecajupresecaju stenustenu nana najrazlinajrazliitijeitijenanaineine. U . U ogromnomogromnom brojubroju slusluajevaajeva pukotinepukotine susu neravnomernoneravnomerno rasporeenerasporeene u u stenskojstenskoj masimasi. One . One susu eeee i i ireire blibliee povrpovriniini, a s , a s povepoveanjemanjem dubinedubine reeree i i uuee. . PukotinePukotine u u stenisteni susu uslovuslov zaza kretanjekretanje podzemnihpodzemnih vodavoda..

PukotinskaPukotinska poroznostporoznost u u stenskimstenskim masivimamasivima stvarastvara se se usledusled dejstvadejstva tektonskihtektonskihnaponanapona, , skupljanjaskupljanja mineralnemineralne supstancesupstance zbogzbog hlaenjahlaenja magmemagme ((kontrakcijakontrakcija), ), usledusledgubljenjagubljenja vodevode ((dehidratacijadehidratacija), ), fizifizikogkog i i hemijskoghemijskog raspadanjaraspadanja, , dejstvadejstva mrazamraza, , gravitacijegravitacije, , miniranjaminiranja i i drugogdrugog..

PukotinePukotine i i ostaliostali diskontinuitetidiskontinuiteti u u stenskimstenskim masamamasama obiobinono se se nene javljajujavljajuusamljenousamljeno. One . One veveinominom ineine skupineskupine kojekoje nazivamonazivamo: : familijefamilije i i sistemisistemi pukotinapukotina..


FamilijuFamiliju pukotinapukotina iniini grupagrupa pukotinapukotina istihistih osnovnihosnovnih karaktersitikakaraktersitika, , kojekoje susu nastalenastaletokomtokom istogistog genetskoggenetskog procesaprocesa. . PukotinePukotine isteiste familijefamilije susu meusobnomeusobno paralelneparalelne, , tjtj. . imajuimajuisteiste iliili skoroskoro isteiste elementeelemente prupruanjaanja i i padapada..

SistemSistem pukotinapukotina jeje veveaa skupinaskupina diskontinuitetadiskontinuiteta kojakoja obuhvataobuhvata svesve pukotinepukotine u u odgovarajuodgovarajuemem podrupodrujuju stenskestenske masemase. . NjegaNjega ineine dvedve iliili viviee familijafamilija, , kojekoje se se meusobnomeusobno mremreastoasto ukrukrtajutaju..

KlasifikacijaKlasifikacija pukotinapukotina.. PukotinePukotine susu prisutneprisutne u u svimsvim vrstimvrstim stenamastenama kojekoje izgraujuizgraujuzemljinuzemljinu koru: koru: magmatskimmagmatskim, , metamorfnimmetamorfnim i i sedimentnimsedimentnim. . PostojiPostoji viviee klasifikacijaklasifikacijapukotinapukotina kojekoje susu vrvreneene zaza razlirazliiteite potrebepotrebe u u domenudomenu geologeolokihkih naukanauka..

GenetskaGenetska klasifikacijaklasifikacija.. U U genetskomgenetskom pogledupogledu, , svesve pukotinepukotine u u stenskimstenskim masamamasama mogumogu se se podelitipodeliti nana::

tektonsketektonske,, petrogenepetrogene,, pukotinepukotine fizifizikogkog i i hemijskoghemijskog raspadanjaraspadanja,, gravitacionegravitacione ii tehnogenetehnogene..


Foto III-2. Pukotinska poroznost u granitskim stenama


Foto III-3. Primer pukotinske poroznosti u serpentinitima klisure Ibra (Ue)


Foto III-4 i 5. Tehnogene pukotine (pukotine miniranja)


KavernoznaKavernozna poroznostporoznost

KavernoznaKavernozna iliili disolucionadisoluciona poroznostporoznost predstavljapredstavlja sekundarnisekundarni tip tip poroznostiporoznosti, , kojikoji se se javljajavlja u u stenamastenama rastvorljivimrastvorljivim u u vodivodi ((krekrenjacinjaci, , dolomitidolomiti, , mermerimermeri, , haloidihaloidi, gips, , gips, anhidritanhidrit i i slsl).).

KavernoznojKavernoznoj poroznostiporoznosti prethodiprethodi pukotinskapukotinska poroznostporoznost. . PukotinePukotine i i prslineprsline u u stenamastenama rastorljivimrastorljivim u u vodivodi bivajubivaju proproireneirene fizifizikoko--hemijskimhemijskim dejstvomdejstvom vodevode nanastenustenu, , pripri emuemu nastajunastaju vrlovrlo velikevelike upljineupljine, , kanalikanali i i kavernekaverne u u kojimakojima se se skupljaskuplja i i krekreee vodavoda. . SteneStene sasa kavernoznimkavernoznim tipomtipom poroznostiporoznosti predstavljajupredstavljaju znaznaajneajnerezervoarerezervoare podzemnihpodzemnih vodavoda..

OvajOvaj tip tip poroznostiporoznosti dobiodobio jeje imeime popo latinskojlatinskoj rereii cavernacaverna, , toto znaznaii upljinaupljina, , odnosnoodnosno pepeinaina..


KarstKarst jeje sveukupnostsveukupnost geologeolokihkih procesaprocesa i i njimanjima stvorenihstvorenih pojavapojava u u zemljinojzemljinoj korikori i i nana njenojnjenoj povrpovriniini, , izazvanihizazvanih hemijskimhemijskim raspadanjemraspadanjem stenastena, , izraizraenihenih u u obrazovanjuobrazovanju raznovrsnihraznovrsnih upljinaupljina u u zemljinoj kori, te obrazovanju posebnih uslova zemljinoj kori, te obrazovanju posebnih uslova cirkulacije i recirkulacije i reima podzemnih voda, karakteristiima podzemnih voda, karakteristinog reljefa terena i hidrografske nog reljefa terena i hidrografske mremree.e.

Zavisno od vrste stena rastvorljivih u vodi, razlikujemo Zavisno od vrste stena rastvorljivih u vodi, razlikujemo karbonatnikarbonatni, , gipsnigipsni i i sonisonikarst. Pored pomenutih tipova karst. Pored pomenutih tipova karstakarsta, na povr, na povrini zemlje zastupljen je i ini zemlje zastupljen je i termokarsttermokarst. .

KarstifikacijaKarstifikacija nastaje kaonastaje kao posledicaposledica prodoraprodora vodavoda u u vodopropusnevodopropusne i i rastvorljiverastvorljivestenestene dudu sistemasistema pukotinapukotina, , odnosnoodnosno dudu tektonskihtektonskih i i drugihdrugih diskontinuitetadiskontinuiteta..


Foto III-6 i 7. Karstifikacija u krenjacima


Foto III.8. Ulaz u peinu


Foto III.9. Podzemnii oblici karsta(peina sa nakitom)


Foto III.10. Podzemnii oblici u karstu


Foto III.11. Podzemnii oblici karsta

Foto III.12. Podzemni morfoloki oblici u karstu


SunerastaSunerasta poroznostporoznost, , kojakoja se se estoestonazivanaziva i i upljikavaupljikava, , karakteristikarakteristinana jeje zazabigarbigar, , nekeneke krekrenjakenjake i lave. i lave.

CrevastaCrevasta poroznostporoznost

SunSunerastaerasta poroznostporoznost

Ova Ova poroznostporoznost jeje karakteristikarakteristinanauglavnomuglavnom zaza nekeneke glinovitoglinovito--peskovitepeskovitestenskestenske masemase, u , u kojimakojima jeje nastalanastalabubuaakimkim dejstvomdejstvom raznihraznih ivotinjskihivotinjskih i i biljnihbiljnih organizamaorganizama ((nana primer u primer u lesulesu, , glinamaglinama, , laporimalaporima). ). JavljaJavlja se i u se i u bigrubigru, , gdegde nastajenastaje hemijskomhemijskom sedimentacijomsedimentacijom..


OdreivanjeOdreivanje veliveliineine poroznostiporoznosti i i koeficijentakoeficijenta poroznostiporoznosti

gdegde susu::NN -- poroznostporoznost stenastena,,VVpp -- zapreminazapremina svihsvih porapora,,VVss -- zapreminazapremina vrstihvrstih esticaestica stenestene iiVV -- ukupnaukupna zapreminazapremina stenestene..

nVV

VV V

100%p pp s

= = +

IzIz definicijedefinicije pojmapojma poroznostiporoznosti: : zapreminazapremina svihsvih porapora u u jedinicijedinici zapreminezapremine stenestene, , momoee se se odreditiodrediti poroznostporoznost ((slikaslika IIII.II.77):):

Slika III.7. ematski prikaz zapreminepora u jedinici zapremine stene


PoroznostPoroznost glinovitihglinovitih stenastena najnajeeee se se odreujeodreuje popo sledesledeojoj formuliformuli::

s

dsn = 100%1n

s

d

=

gdegde susu:: -- gustinagustina stenestene u u prirodnomprirodnom stanjustanjuW W -- vlavlanostnost stenestene u u prirodnomprirodnom stanjustanjuss -- gustinagustina vrstihvrstih esticaestica

OdreivanjeOdreivanje poroznostiporoznosti vrvrii se i u se i u laboratorijilaboratoriji nana osnovuosnovu ispitivanjaispitivanja gustinegustine vrstihvrstihesticaestica i i gustinegustine stenastena nana sledesledeii nanainin::

( ) 100%W0.0111n s

+=

gdegde susu::n n -- poroznostporoznost stenesteness -- gustinagustina vrstihvrstih esticaesticadd -- gustinagustina stenestene u u suvomsuvom stanjustanju


OdreivanjeOdreivanje koeficijentakoeficijenta poroznostiporoznosti (e) (e) vrvrii se u se u laboratorijilaboratoriji nana osnovuosnovu odreivanjaodreivanjavrednostivrednosti gustinegustine vrstihvrstih esticaestica ((s) i s) i gustinegustine stenestene u u suvomsuvom stanjustanju ((d):d):

IzIz definicijedefinicije: : odnosodnos zapreminezapremine porapora premaprema zapreminizapremini vrstevrste faze, faze, odnosnoodnosno vrstihvrstihesticaestica, , momoee se se odreditiodrediti koeficijentkoeficijent poroznostiporoznosti (e):(e):

s

p

VV

e =sp

pp

VVV

VV

n +== n1ne =

1 ed

s =


GLAVNA HIDROGEOLOGLAVNA HIDROGEOLOKA SVOJSTVA STENAKA SVOJSTVA STENA

VLAVLANOST STENANOST STENAPremaPrema mehanizmumehanizmu apsorbovanjaapsorbovanja ((upijanjaupijanja) i ) i zadrzadravanjaavanja vodevode u u stenamastenama, , razlikujemorazlikujemosledesledeee vidovevidove vlavlanostinosti::

higroskopnuhigroskopnu vlavlanostnost ((WhWh),), maksimalnumaksimalnu molekularnumolekularnu vlavlanostnost (Wm, max.),(Wm, max.), kapilarnukapilarnu vlavlanostnost (Wk) i(Wk) i potpunupotpunu vlavlanostnost ((WzWz).).

KAPILARNOSTKAPILARNOST STENASTENA


gdegde susu::HHkk -- visinavisina kapilarnogkapilarnog penjanjapenjanja,, -- povrpovrinskiinski naponnapon nana granicigranici tetenene

i i gasovitegasovite faze,faze, -- ugaougao kvakvaenjaenja,,RR -- radijusradijus ((poluprepolupreniknik) ) krivinekrivine

meniskameniska,,ww -- gustinagustina vodevode iiGG -- ubrzanjeubrzanje zemljinezemljine teteee..

cos

gr2

kH = w

Za istu vodu (bez primesa) u istoj ai na t = 20 oC, = 0.074 N/m i w = 1 g/cm3, visina kapilarnog podizanja se moeaproksimirati formulom:

Slika III.8. ema kapilarnog podizanja

H = 0.15rk

Iz date formule sledi da je visina kapilarnog podizanja u kapilarnoj cevi Hk upravoproporcionalna povrinskom naponu i kosinusu ugla kvaenja, a obrnuto proporcionalnaradijusu kapilara r, gustini vode i ubrzanju zemljine tee.


Slika III.9. ema kapilarnog podizanja vode u cevima razliitog prenika

VisinaVisina kapilarnogkapilarnog podizanjapodizanja zavisizavisi odod granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava stenastena, , odnosnoodnosno ododpreprenikanika kapilarakapilara ((slikaslika IVIV--9). 9). TakoTako jeje visinavisina kapilarnogkapilarnog podizanjapodizanja znatnoznatno veveaa u u sitnozrnimsitnozrnim stenamastenama negonego kodkod krupnozrnihkrupnozrnih, , toto jeje potvrenopotvreno laboratorijskimlaboratorijskim i i terenskimterenskimopitimaopitima ((tabelatabela IIIIII--11).11).


VODOPROPUSNOST I PROPUSTNOSTVODOPROPUSNOST I PROPUSTNOST

VodopropusnostVodopropusnost

VodopropusnostVodopropusnost predstavljapredstavlja svojstvosvojstvo stenastena dada krozkroz svojesvoje pore pore propuproputajutaju slobodnuslobodnu((gravitacionugravitacionu) ) voduvodu. . VodopropusnostVodopropusnost zavisizavisi odod veliveliineine porapora, , njihovenjihove strukturestrukture i i povezanostipovezanosti. . TakoTako, , stenestene kojekoje imajuimaju veomaveoma velikuveliku poroznostporoznost mogumogu bitibiti potpunopotpunonepropusnenepropusne zaza voduvodu, , kaokao nana primer primer glinegline ((tabelatabela IIII.10II.10).).

VodopropusnostVodopropusnost stenastena odreujeodreuje se se koeficijentomkoeficijentom vodopropusnostivodopropusnosti odnosnoodnosnokoeficijentomkoeficijentom filtracijefiltracije KfKf ((m/danm/dan, , m/sm/s, cm/s). , cm/s). VeliVeliinaina koeficijentakoeficijenta vodopropusnostivodopropusnostizavisizavisi, pre , pre svegasvega, , odod razmererazmere i i strukturestrukture porapora, , kaokao i i odod fizifizikoko--hemijskihhemijskih svojstavasvojstavatetenostinosti..


PropusnostPropusnost stenastena. . PropusnostPropusnost stenastena jeje njihovanjihova sposobnostsposobnost dada propuproputajutaju razlirazliiteitevrstevrste fluidafluida iliili gasagasa, , pripri postojanjupostojanju gradijentagradijenta pritisakapritisaka. . IzraIzraavaava se se brojbrojanoano, , koeficijentomkoeficijentom propusnostipropusnosti: :

pFLQKp =

PropusnostPropusnost stenastena

gde su:Kp - koeficijent propusnosti stene (darsi),Q - proticaj tenosti kroz popreni presek stene

(cm3/s),m - dinamiki koeficijent viskoznosti (Pa*s),L - duina puta filtracije (cm),F - povrina poprenog preseka porozne

sredine zasiene fluidom (cm2) ip - razlika pritisaka (bar).


ZaZa merenjemerenje propusnostipropusnosti stenastena koristikoristi se se jedinicajedinica darsidarsi..

JedanJedan darsidarsi ravanravan jeje proticajuproticaju 1 cm1 cm33 tetenostinosti viskoznostiviskoznosti 1 1 mPamPas, s, krozkroz stenustenupovrpovrineine 1 cm1 cm22, , duduineine 1 cm 1 cm zaza 1 1 sekundusekundu, , pripri pritiskupritisku odod 1 1 barabara, a , a pripri kretanjukretanjutetenostinosti laminarnimlaminarnim rereimomimom ((slikaslika IIIIII--1100).).

Slika III.10. ematski prikazjedinice darsi


ZavisnoZavisno odod kvantitativnogkvantitativnog i i kvalitativnogkvalitativnog sastavasastava fazafaza fluidafluida ((itkaitka i i gasovitagasovita), ), propusnostpropusnost momoee bitibiti razlirazliitihitih vidovavidova::

apsolutnaapsolutna ((fizifizikaka)) efektivnaefektivna ((faznafazna)) relativnarelativna

KoeficijentKoeficijent filtracijefiltracije ((KfKf) i ) i koeficijentkoeficijent propusnostipropusnosti (KP) (KP) nalazenalaze se u se u sledesledeojoj zavisnostizavisnosti::

gdegde susu::ww -- gustinagustina vodevode,,g g -- ubrzanjeubrzanje zemljinezemljine teteee iim m -- koeficijentkoeficijent dinamidinamikeke viskoznostiviskoznosti..

gKK wPf =


IZDAIZDANOST I RETENCIJA STENANOST I RETENCIJA STENA

IzdaIzdanostnost

IzdaIzdanostnost stenastena.. IzdaIzdanostnost stenastena predstavljapredstavlja sposobnostsposobnost stenastena zasizasienihenih vodomvodom dadapripri snisnienjuenju nivoanivoa vodevode odajuodaju slobodnuslobodnu gravitacionugravitacionu voduvodu. . KarakteriKarakteriee se se koeficijentomkoeficijentom gravitacionegravitacione izdaizdanostinosti (():):

KoliKoliinaina vodevode kojakoja se se momoee dobitidobiti iziz 1 m1 m33 stenestene predstavljapredstavlja specifispecifinunu izdaizdanostnost stenestene..

IzdaIzdanostnost stenastena (() ) momoee se se brojnobrojno predstavitipredstaviti i i kaokao razlikarazlika potpunepotpune ((WzWz) i ) i maksimalnemaksimalnemolekularnemolekularne vlavlanostinosti ((Wm,maxWm,max):):

= VV

v

gde su: - izdanost stena (delovi jedinice),Vv - zapremina vode koja nakon zasienja moe

istei pod uticajem gravitacije iV - zapremina stene zasiene gravitacionom vodom.

= W Wz m,max


KodKod peskovitopeskovito--ljunkovitihljunkovitih rastresitihrastresitih stenastena izdaizdanostnost (() ) momoee se se predstavitipredstaviti kaokaorazlikarazlika izmeuizmeu ukupneukupne poroznostiporoznosti (n) i (n) i maksimumamaksimuma molekularnemolekularne vlavlanostinosti ((Wm,maxWm,max):):

odnosnoodnosno, , izdaizdanostnost jeje brojbrojanoano ravnaravna efektivnojefektivnoj poroznostiporoznosti..

OsimOsim toga, toga, izdaizdanostnost stenastena momoee se se odreditiodrediti akoako susu poznatepoznate vrednostivrednosti koeficijentakoeficijentavodoprovodnostivodoprovodnosti stenastena (T) i (T) i koeficijentakoeficijenta nivoprovodnostinivoprovodnosti (a):(a):

= n Wm,max

= Ta

KrupnozrniKrupnozrni peskovipeskovi i i ljunkoviljunkovi, , tjtj. . krupnozrnekrupnozrne rastresiterastresite stenestene, , kaokao i i stenestene sasa krupnimkrupnimpukotinamapukotinama i i kavernamakavernama, , imajuimaju velikuveliku izdaizdanostnost. . GlinoviteGlinovite stenestene ((glinegline, , tresettreset i i slsl), ), imajuimajuizuzetnoizuzetno male male vrednostivrednosti izdaizdanostinosti. . VodaVoda iziz glinovitihglinovitih stenastena momoee bitibiti odstranjenaodstranjena iliilipod pod presompresom iliili centrifugiranjemcentrifugiranjem..

Po Po mehanizmumehanizmu odavanjaodavanja vodevode, pored , pored gravitacionegravitacione, , razlikujemorazlikujemo i i elastielastinunu izdaizdanostnoststenastena..


RetencijaRetencija

RetencijaRetencija stenastena. . RetencijaRetencija predstavljapredstavlja svojstvosvojstvo stenestene dada u u svojimsvojim poramaporama zadrzadravaavavoduvodu nakonnakon zasizasienjaenja, , protivnoprotivno silisili gravitacijegravitacije. . KoliKoliinaina vezanevezane vodevode u u poroznojporoznojsredinisredini, , izraizraenaena u u procentimaprocentima zapreminezapremine stenestene, , oznaoznaavaava specifispecifinunu retencijuretenciju. . OnaOna, , pre pre svegasvega, , zavisizavisi odod veliveliineine i i oblikaoblika esticaestica, , odnosnoodnosno tipatipa poroznostiporoznosti. . TakoTako se se glinoviteglinovite stenestene, , bogatebogate kapilarnimkapilarnim i i subkapilarnimsubkapilarnim poramaporama, , odlikujuodlikuju znatnomznatnomretencijomretencijom. . BrojBrojanoano jeje jednakajednaka maksimalnojmaksimalnoj molekularnojmolekularnoj vlavlanostinosti (Wm, max.).(Wm, max.).

Kao i Kao i specifispecifinana izdaizdanostnost, i , i specifispecifinana retencijaretencija se se momoee odreditiodrediti nana viviee nanainaina::

laboratorijskimlaboratorijskim ispitivanjimaispitivanjima nana uzorcimauzorcima stenastena kojakoja obuhvatajuobuhvataju zasizasienjeenje i i njihovonjihovo dreniranjedreniranje pod pod uticajemuticajem silesile gravitacijegravitacije,,

proraproraunimaunima nana osnovuosnovu granulometrijskihgranulometrijskih ispitivanjaispitivanja,, analizomanalizom podatakapodataka dobijenihdobijenih crpenjemcrpenjem vodevode iziz bunarabunara i dr. i dr.

FIZIKA I HIDROGEOLOKA SVOJSTVA STENA

fizicko-mehanicka i hidrogeoloska svojstva stena

Documents