SLEDOV`N˝ VLIVU SIMULOVANÉ INTENZITY DE−T NA ZEMINU … · 2016-01-07 · Problematikou odstran...

VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN�BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV VODNÍCH STAVEB FACULTY OF CIVIL ENGINEERINGINSTITUTE OF WATER STRUCTURES

SLEDOVÁNÍ VLIVU SIMULOVANÉ INTENZITY DE�T�NA ZEMINU ZATÍ�ENOU SPLACHOVÝMI VODAMI METODOU EIS MONITORING THE IMPACT OF SIMULATED RAINFALL ON SOIL WITH FLUSHING WATER BY EIS METHOD

DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS

AUTOR PRÁCE Bc. JAKUB SLEZÁK AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE doc. Ing. JANA PA�ÍLKOVÁ, CSc. SUPERVISOR

BRNO 2015

VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN�FAKULTA STAVEBNÍ

Studijní program N3607 Stavební in�enýrství

Typ studijního programu Navazující magisterský studijní program s prezen�ní formou studia

Studijní obor 3607T027 Vodní hospodá�ství a vodní stavby

Pracovi�t� Ústav vodních staveb

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Diplomant Bc. Jakub Slezák

Název Sledování vlivu simulované intenzity de�t� na zeminu zatí�enou splachovými vodami metodou EIS

Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jana Pa�ílková, CSc.

Datum zadání diplomové práce

31. 3. 2014

Datum odevzdání diplomové práce

16. 1. 2015

V Brn� dne 31. 3. 2014

............................................. ...................................................

prof. Ing. Jan �ulc, CSc. vedoucí ústavu

prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBAd�kan Fakulty stavební VUT

Podklady a literatura

Asociace �istírenských expert� �eské republiky (2007). Podklad pro Koncepci nakládání s de��ovými vodami v urbanizovaných územích. Odborná skupina Odvod�ování urbanizovaných území, zpráva pro MZe �R. CYHELSKÁ, E., KABELKOVÁ, I., (2009). Solení vozovek z pohledu hospoda�ení s de��ovými vodami. In Hospoda�ení s de��ovými vodami ve m�stech a obcích. Sborník. Ardec s.r.o., Brno, 2009. KAMENÍ�KOVÁ, I. (2006). Pedologie � modul 01. studijní opory VUT v Brn�, FAST. KOHOUT, P., STAV�LOVÁ, M., FAIC, R. (2000). Monitorování vlivu zimní údr�by komunikací na Jakost vod p�itékajících do 2. Ochranného pásma Podolské vodárny a ovlivn�ní jakosti vodárenského toku. IUAPPA Praha. PLOT�NÝ, K., PÍREK, O., HRABOVSKÁ, M. (2011). Po�adavky na p�ed�i�t�ní srá�kových vod. M�stské vody 2011. STRÁNSKÝ, D., KABELKOVÁ, I., BARE�, V., VÍTEK, J., SUCHÁNEK, M., PLOT�NÝ, K., PÍREK, O. (2011). Srá�ková voda a urbanizace krajiny, �KAIT 2011 � pom�cka pro celo�ivotní vzd�lávání.

Zásady pro vypracování (zadání, cíle práce, po�adované výstupy)

Re�er�e podklad� k problematice experimentálního m��ení splachových vod a m��icí metod�elektrické impedan�ní spektrometrie. Návrh sond, m��icího stanovi�t�, koncepce m��ení a realizace m��ení. Zpracování vybraných m��ení. Dokumentace a vyhodnocení m��ení.

Struktura bakalá�ské/diplomové práce V�KP vypracujte a roz�le�te podle dále uvedené struktury: 1. Textová �ást V�KP zpracovaná podle Sm�rnice rektora "Úprava, odevzdávání, zve�ej�ování a uchovávání

vysoko�kolských kvalifika�ních prací" a Sm�rnice d�kana "Úprava, odevzdávání, zve�ej�ování a uchovávání vysoko�kolských kvalifika�ních prací na FAST VUT" (povinná sou�ást V�KP).

2. P�ílohy textové �ásti V�KP zpracované podle Sm�rnice rektora "Úprava, odevzdávání, zve�ej�ování a uchovávání vysoko�kolských kvalifika�ních prací" a Sm�rnice d�kana "Úprava, odevzdávání, zve�ej�ování a uchovávání vysoko�kolských kvalifika�ních prací na FAST VUT" (nepovinná sou�ást V�KP v p�ípad�, �e p�ílohy nejsou sou�ástí textové �ásti V�KP, ale textovou �ást dopl�ují).

.............................................

doc. Ing. Jana Pa�ílková, CSc. vedoucí diplomové práce

Abstrakt

Diplomová práce s názvem �Sledování vlivu simulované intenzity de�t� na zeminu

zatí�enou splachovými vodami metodou EIS� se zabývá problematikou degradace zemin

vlivem zasolování a sodifikace v d�sledku jejich zatí�ení splachovými vodami ze silni�ních

komunikací b�hem zimní údr�by. Experiment, který byl realizován v laborato�ích Ústavu

vodních staveb Fakulty stavební Vysokého u�ení technického v Brn�, sledoval vliv

simulované intenzity de�t� na degradovanou zeminu prost�ednictvím metody elektrické

impedan�ní spektrometrie (EIS). Práce navazuje na �e�ení projekt� v mezinárodním programu

EUREKA.

Klí�ová slova

Zasolování, zimní údr�ba vozovek, splachové vody, degradace zeminy,

elektrická impedan�ní spektrometrie, simulovaná intenzita de�t�.

Abstract

The diploma thesis with name �Monitoring the Impact of Simulated Rainfall on Soil

with Flushing Water by EIS Method� deals with the problems of soil degradation

due to salinization and sodification in consequence of infiltration of flushing waters

from roads during winter maintenance. This experiment was realized in laboratories

of the Institute of water structures� of the� Faculty of Civil engineering at Brno University

of Technology and researched the influence of simulated rainfall on degraded soil by method

of electrical impedance spectrometry (EIS). The thesis follows the solution of projects

in international EUREKA program.

Keywords

Salinization, winter highway maintenance, flushing water, degradation of soil,

electrical impedance spectrometry, simulated rainfall.

Bibliografická citace V�KP

Bc. Jakub Slezák Sledování vlivu simulované intenzity de�t� na zeminu zatí�enou splachovými

vodami metodou EIS. Brno, 2014. 105 s., 4 s. p�íl. Diplomová práce. Vysoké u�ení technické

v Brn�, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb. Vedoucí práce doc. Ing. Jana Pa�ílková, CSc.

PROHLÁ�ENÍ

Prohla�uji, �e jsem diplomovou práci zpracoval samostatn� s vyu�itím rad své vedoucí

doc. Ing. Jany Pa�ílkové, CSc., Ing. Michaela Nováka a daných podklad� a �e jsem uvedl

v�echny pou�ité informa�ní zdroje.

V Brn� dne 11.1.2015 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Jakub Slezák

POD�KOVÁNÍ

D�kuji doc. Ing. Jan� Pa�ílkové, CSc., panu Lubo�i Pa�ílkovi a Bc. Alen� Sedlákové

a Ing. Michaelu Novákovi za cenné rady a p�ipomínky, za odbornou, technickou, materiální

aj. pomoc p�i vypracovávání diplomové práce. Dále chci pod�kovat firm� KERAMOST, a.s.

za poskytnutí materiálu PN3 a spole�nosti GEOtest, a.s. a zejména RNDr. Jitce Novotné

za umo�n�ní laboratorních rozbor� vzork�.

V Brn� dne 11.1.2015 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Jakub Slezák

OBSAH

SEZNAM ZKRATEK ................................................................................................................ �

SEZNAM VELI�IN ................................................................................................................... �

1� ÚVOD ............................................................................................................................... 12�

2� CÍL PRÁCE ..................................................................................................................... 15�

3� SRÁ�KOODTOKOVÝ PROCES ................................................................................. 16�

3.1� Srá�ky ......................................................................................................................... 17�

4� ZEMINA ........................................................................................................................... 18�

4.1� Pevná fáze .................................................................................................................. 18�

4.2� Kapalná fáze ............................................................................................................... 20�

4.3� Plynná fáze ................................................................................................................. 20�

5� VYBRANÉ VLASTNOSTI ZEMIN .............................................................................. 21�

5.1� Pórovitost zeminy....................................................................................................... 21�

5.2� Stejnorodost a izotropie zeminy ................................................................................. 21�

5.3� Vlhkost ....................................................................................................................... 22�

5.4� pH ............................................................................................................................... 23�

5.5� Konduktivita ............................................................................................................... 24�

6� VYBRANÉ PROCESY PROBÍHAJÍCÍ V ZEMIN� .................................................. 25�

6.1� Sufoze ......................................................................................................................... 25�

6.2� Kolmatace .................................................................................................................. 26�

6.3� Privilegované cesty .................................................................................................... 26�

6.4� Sorpce ......................................................................................................................... 27�

7� METODA EIS .................................................................................................................. 28�

7.1� Princip m��ení metodou EIS ...................................................................................... 29�

8� P�ÍSTROJ Z-METR IV ................................................................................................. 30�

8.1� Nastavení parametr� m��ení ...................................................................................... 32�

9� EXPERIMENT ................................................................................................................ 35�

9.1� P�íprava experimentu ................................................................................................. 36�

9.2� Materiály pro m��ení .................................................................................................. 41�

9.3� Vzorky zemin ............................................................................................................. 44�

9.4� Postup p�i experimentu .............................................................................................. 47�

10� M��ENÍ ........................................................................................................................... 52�

10.1� Pr�b�h infiltrace vody do suchých nezatí�ených vzork� ........................................... 53�

10.2� Stejnorodost vzork� ................................................................................................... 57�

10.3� Vymývání solí ze zatí�ených vzork� ......................................................................... 58�

10.4� Rozbor výstupních roztok� ........................................................................................ 81�

11� VÝSLEDKY A ZHODNOCENÍ M��ENÍ ................................................................... 85�

12� ZÁV�R ............................................................................................................................. 96�

SEZNAM POU�ITÉ LITERATURY ................................................................................... 97�

SEZNAM TABULEK ............................................................................................................. 99�

SEZNAM OBRÁZK� .......................................................................................................... 102�

SEZNAM P�ÍLOH ............................................................................................................... 105�

SEZNAM ZKRATEK

zkratka název

EIS ��.. elektrická impedan�ní spektrometrie

ÚVST ��.. Ústav vodních staveb

�SN ��.. �eská technická norma

SEZNAM VELI�IN

symbol jednotka název

A �� [m2] �� plocha

c �� [m] �� koncentrace

� �� [m] �� pr�m�r

�� [m] �� efektivní zrno

�� [m] �� velikost zrna

f �� [Hz] �� frekvence

g �� [m·s-2] �� tíhové zrychlení

� �� [m] �� hloubka

� �� [m] �� úhrn srá�ek

hk �� [m] �� kapilární vý�ka

i �� [m/s] �� intenzita de�t�

I �� [A] �� fázor st�ídavého elektrického proudu

� �� [A·m-2] �� hustota elektrického proudu

� �� [m] �� délka

m �....... [kg] �� hmotnost

md �� [kg] �� hmotnost vysu�eného vzorku

mPI% �� [%] �� hmotnostní podíl

mW �� [kg] �� hmotnost vody

n �� [%] �� pórovitost

p �� [Pa] �� hydrostatický tlak

pH �� [-] �� pH

pa �� [Pa] �� atmosférický tlak

R, Rx �� [�] �� rezistance (reálná �ást Z)

SR �� [%] �� stupe� nasycení

�� [s] �� as

T �� [°C] �� teplota

U �� [V] �� fázor st�ídavého elektrického nap�tí

�� [m] �� vý�ka

V �� [m3] �� objem

VP �� [m3] �� objem pór�

VW �� [m3] �� objem vody

w �� [%] �� vlhkost

X, Xx �� [�] �� reaktance (imaginární �ást Z)

Z �� [�] �� elektrická impedance

� �� [�] �� Ludolfovo �íslo

� �� [kg·m3] �� hustota

� �� [�·m2·m-1] �� rezistivita

� �� [S·m-1] �� konduktivita

� �� [rad·s-1] �� kruhová frekvence

ϕ �� [°] �� fázový posun

12

1 ÚVOD

V rámci bezpe�nosti provozu vozidel na silni�ních komunikacích a z d�vodu

jeho plynulosti je nutno udr�ovat vozovku v zimním období sjízdnou. Ve snaze zajistit

co nejefektivn�j�í odstran�ní klimatických �initel� (sníh, ledovka, námraza) zp�sobujících

omezení provozu, vyu�ívá silni�ní obsluha vedle mechanického odstran�ní a inertního posypu

(písek, �t�rk, �kvára, struska) p�edev�ím chemický posyp. Ka�dý posyp má svou ur�itou

oblast vyu�itelnosti, ú�innosti, cenu, ale také vliv na �ivotní prost�edí. U aplikace chemického

posypu p�eva�ují výhody, a to p�edev�ím v pom�ru ú�innosti a jednoduchosti aplikace

k cenovým náklad�m.

Dle 104/1997 Sb. Vyhlá�ky Ministerstva dopravy a spoj� ze dne 23. dubna 1997, kterou

se provádí zákon o pozemních komunikacích, je v p�íloze �. 7 Technologie zimní údr�by,

�lánku 8. Doporu�ené materiály pro zimní údr�by, odstavce a) Chemické rozmrazovací

materiály, doporu�eno pou�ití chloridu sodného NaCl, chloridu vápenatého CaCl2 nebo sm�si

chlorid� [01]. Dále je v této p�íloze popsáno dávkování posypu za ur�itých podmínek.

Vyu�ívání chloridu sodného je �eské republice i po celém sv�t� nejroz�í�en�j�í, jedná

se ú�innou, lehce dostupnou a p�edev�ím levnou surovinu.

V posledních dvaceti letech se za�aly výrazn� zvy�ovat obavy z vlivu chemického

posypu na �ivotní prost�edí. Jedná se p�edev�ím o zasolování a sodifikaci p�dy, salinitu

povrchových a podzemních vod a vliv na vegetaci a vodní organismy. Tento problém se týká

p�edev�ím oblastí s vysokým výskytem sn�hových srá�ek, jako jsou nap�íklad Kanada,

severní �ást USA a severní a st�ední Evropa. Jako p�íklad lze uvést p�tiletou studii ú�ink�

posypové soli na �ivotní prost�edí z roku 2001, která prokázala negativní ú�inky

na ekosystém v Kanad� [02]. V rámci studie byl letech 2002 a� 2004 vyvíjen Systém �ízení

strategie vyu�ívání posypové soli (Salt Management Strategy) a následn� zaveden kodex

s p�tiletou ú�inností, která se týkala nejvíce ohro�ených oblastí a velkých producent�

posypových solí. Nejedná se o p�ímé zakázání vyu�ívání posypových solí, ale o doporu�ení,

jak zajistit efektivní aplikaci solí na vozovku v co nejmen�ím mno�ství a zavedení opat�ení

proti úniku vodného roztoku solí do ekosystému.

Rozpu�t�né soli se z povrchu vozovky dostávají do okolního prost�edí p�edev�ím

zaúst�ním odvodn�ní do vodních recipient�, povrchovým odtokem nebo rozst�ikem od kol

vozidel a následnou infiltrací do zemin v okolí silnice. Akumulované soli ve stojatých vodách

brání teplotní stratifikaci, co� má za následek sni�ování obsahu kyslíku ve vod�,

který je d�le�itý pro organismy zde �ijící. Zvy�ující se obsah solí v p�dách zp�sobuje zm�nu

13

jejich vlastností, jako jsou nap�íklad stabilita, p�ístup �ivin a zm�na pH, �ím� zna�n� ovliv�ují

r�st rostlin. P�í�inou je vým�na iont� [03] , kdy se Na+ vá�e v zemin� a tím uvol�uje ionty

Ca+, Mg+ a K+.

Podzemní vody jsou hlavním zdrojem pitné vody (zdrojem mohou být i povrchové vody),

zvý�ením salinity dochází k negativnímu ovlivn�ní chu�ových vlastností vody.

P�i koncentraci chlorid� Cl- nad 200 mg/l se ji� projevuje slaná chu�. Dle 252/2004 Sb.

Vyhlá�ky, kterou se stanoví hygienické po�adavky na pitnou a teplou vodu a �etnost a rozsah

kontroly pitné vody, je mezní hodnota koncentrace chlorid� Cl- 100 mg/l s poznámkou [04],

�e pokud je vy��í hodnota zp�sobena geologickým prost�edím, pova�ují se hodnoty

do 250 mg/l za vyhovující po�adavk�m této vyhlá�ky.

Problematikou odstran�ní solí infiltrovaných do zeminy a podpovrchových vod

z vodného roztoku NaCl v d�sledku p�sobení de��ových srá�ek se zabývá tato práce.

Rozpu�t�né sn�hové srá�ky se p�sobením posypové soli m�ní na solný roztok, který je

splachován z povrchu komunikace do okolní zeminy. V zemin� dochází k akumulaci solí.

Ze zeminy zatí�ené splachovými vodami je p�sobením de��ových srá�ek akumulovaná s�l

vymývána sm�rem do spodních vrstev, a� se infiltruje do podzemních vod, které kontaminuje.

Jako p�íklad problému lze uvést zvý�enou salinitu podzemních vod v lokalit�

mezi obcemi Poho�elice a Nová Ves (Jihomoravský kraj, okres Brno-venkov).

Zde se v blízkosti rychlostní silni�ní komunikace R52 (E461) nachází vrty pro zásobování

p�ilehlé vesnice pitnou vodou (Obr. 1.1)

Obr. 1.1 Silnice R52 mezi obcemi Poho�elice a Nová Ves [https://www.google.cz/maps/@48.9583225,16.5208246,1414m/data=!3m1!1e3]

V zákonech ani normách není uveden výraz splachové vody. Proto je nutno definovat,

co je uvedeným pojmem my�leno. Dle Vodního zákona 254/2001 Sb. (Zákon o vodách

a o zm�n� n�kterých zákon�) § 2 v odstavci 1 a 2 jsou povrchovými vodami vody p�irozen�

14

se vyskytující na zemském povrchu a podzemními vodami jsou vody p�irozen�

se vyskytující pod zemským povrchem v pásmu nasycení v p�ímém styku s horninami.

Dále v § 38 jsou definovány odpadní vody � jsou to vody pou�ité v obytných,

pr�myslových, zem�d�lských, zdravotnických a jiných stavbách, za�ízeních nebo dopravních

prost�edcích, pokud mají po pou�ití zm�n�nou jakost (slo�ení nebo teplotu), jako� i jiné vody

z t�chto staveb, za�ízení nebo dopravních prost�edk� odtékající, pokud mohou ohrozit jakost

povrchových nebo podzemních vod. Odpadní vody jsou i pr�sakové vody z odkali��

nebo ze skládek odpad�. Podle odstavce 2 tohoto paragrafu se za odpadní vody nepova�ují

srá�kové vody z pozemních komunikací [05], pokud je zne�i�t�ní t�chto vod závadnými

látkami �e�eno technickými opat�eními podle vyhlá�ky, kterou se provádí zákon o pozemních

komunikacích.

Dle normy �SN 75 61 01 Stokové sít� a kanaliza�ní p�ípojky v �lánku 5.2.1

jsou odpadními vodami zne�i�t�né srá�kové vody z extrémn� zne�i�t�ných ploch (de��ové

vody v�etn� vod z tání sn�hu a ledu). [06] Tato klasifikace je zp�esn�na v �lánku 5.2.3,

kde srá�kové vody po styku s povrchem mohou být:

a) zne�i�t�né (odtékají-li ze zne�i�t�ných povrch�, nap�. pr�myslových a zem�d�lských

areál�, ale jen po dobu oplachu t�chto povrch�);

b) nezne�i�t�né (odtékají-li z nezne�i�t�ných povrch�, nap�. p��ích zón, park� a zahrad,

st�ech a nezne�i�t�ných pozemních komunikací). Po skon�ení oplachu zne�i�t�ných

povrch� a po výplachu stok lze mezi nezne�i�t�né vody za�adit rovn�� srá�kové vody

odtékající z povrch� uvedených v 5.2.3 a.

V �lánku 5.2.2 je specifikováno, �e nezne�i�t�né vody (nezne�i�t�né vody chladící,

kondenzované, podzemní, pramenité, srá�kové podle 5.2.3 b) nejsou odpadními vodami

a doporu�uje se je v míst� jejich vzniku nebo zachycení vyu�ívat nebo vsakovat, pokud

je vsakování mo�né a nemá negativní ú�inek (nap�. nezp�sobí nep�ijatelné zvý�ení hladiny

podzemní vody), nebo odvést samostatnou stokou p�ímo do vodního recipientu.

Na základ� p�edpoklad� z Vodního zákona lze splachové vody obecn� definovat

jako povrchové vody vzniklé z atmosférických srá�ek. Dle �SN 75 61 01 lze splachové

vody pova�ovat za nezne�i�t�né srá�kové vody, i kdy� obsahují zne�i�t�ní zp�sobené

posypovou solí. Z definic vý�e uvedených se splachové vody nepova�ují za vody odpadní.

P�esto se v souvislosti s degradací p�d stále �ast�ji diskutuje dopad vodného roztoku chloridu

sodného, jako�to kontaminantu obsa�eného ve splachových vodách p�edev�ím ze silni�ních

komunikací, na �ivotní prost�edí.

15

2 CÍL PRÁCE

Cílem mé diplomové práce bylo uskute�nit v laboratorních podmínkách experiment,

pomocí kterého by bylo mo�no popsat a porovnat postupné vymývání solí NaCl ze vzork�

zemin zatí�ených splachovými vodami zp�sobené infiltrací de�t� metodou elektrické

impedan�ní spektrometrie (EIS). Práce navazuje na �e�ení projekt� v mezinárodním programu

EUREKA.

Experiment simuluje infiltraci srá�kové vody o stejné intenzit� de�t� do t�í vzork� zemin

zatí�ených splachovými vodami (vodným roztokem NaCl o 0,47% koncentraci a objemu 1 litr

na vzorek), �ím� dochází k následnému vymývání solí NaCl ze vzorku. Ke sledování procesu

infiltrace de�t� a postupného vymývání solí ve vzorku zeminy je vyu�ita metoda EIS.

Pro m��ení jsem pou�il p�ístroj Z-METER ve verzi IV. Na výstupním solném roztoku jsem

provedl m��ení konduktivity, pH a teploty pomocí testeru Hanna Instruments HI 98130-

Combo a následn� jsem vzorek nechal vyhodnotit pomocí chemické analýzy (Na+, Cl-, Ca+

a pH) v laborato�ích spole�nosti GEOtest, a.s.

Po konzultacích a na základ� re�er�e dané problematiky jsem pro experiment jsem navrhl

a nechal vyrobit sondu se sedmi páry m��icích elektrod a t�i válcové nádoby s prostorem

na odtok infiltrované vody. Do válcových nádob jsem umístil navr�ené sondy a obsypal

je t�emi r�znými vzorky zeminy. Jednotlivé vzorky zeminy byly tvo�eny sm�sí písku a jílu,

které byly smíchány v r�zných pom�rech. Písek byl dovezen z lokality Brat�ice (v dal�ím

textu je ozna�en jako písek Brat�ice). Jedná se o modifikovaný pís�itý materiál, který byl

k dispozici v laborato�ích Ústavu vodních staveb a byl upraven pro její pot�eby (neobsahuje

v�echny frakce). Jílovitý materiál s ozna�ením PN3 byl zdarma poskytnut spole�ností

KERAMOST, a.s.

Simulaci infiltrace vody z de�t� jsem nejprve provedl na nezasolených vzorcích zemin.

Výsledné hodnoty tohoto m��ení mi slou�ily jako cílové hodnoty, kterých jsem se sna�il

dosáhnout p�i vymývání zasolených vzork�. Skráp�ní vzorku jsem provád�l tolikrát, dokud

se kone�ná konduktivita výstupního vzorku ze zasolené zeminy nep�iblí�ila (�i se výrazn�

p�estala m�nit) konduktivit� výstupního vzorku z nezasolené zeminy. Po ka�dém skráp�ní

vzorku zeminy stejným objemem vody jsem odebral vzorek solného roztoku. Zasolování

vzork� zemin nebylo p�edm�tem této práce.

Na základ� uvedeného experimentu jsem provedl jednotlivá m��ení pro v�echny

t�i vzorky zemin. Rozbor pr�b�hu vymývání solí ze zeminy, porovnání vzork� a dosa�ené

výsledky jsem zhodnotil v záv�ru práce.

16

3 SRÁ�KOODTOKOVÝ PROCES

Srá�ky dopadající na povrch povodí jsou postupn� transformovány na povrchový

a podpovrchový odtok. Tento proces se nazývá srá�koodtokový proces [07].

Skládá se z hydrologické transformace � od srá�ek jsou ode�ítány ztráty (evapotranspirace,

intercepce, povrchová retence a infiltrace), na kterou navazuje transformace hydraulická �

plo�ný povrchový odtok se koncentruje na odtok do uzáv�rového profilu, v�etn� odtoku

podpovrchového v nasycené zón�.

Srá�koodtokový proces je znázorn�n na obrázku (Obr. 3.1), kde je dále nazna�en splach

povrchových vod z pozemní komunikace do okolní zeminy s následnou infiltrací

do podzemních vod, které mohou slou�it jako zdroj pitné vody.

Podzemní vodou je my�lena podpovrchová voda v kapalném skupenství [08].

Podpovrchovým odtokem je my�len celkový odtok vody obsa�ené pod povrchem terénu.

Obr. 3.1 Srá�koodtokový proces

výpar evapotranspirace

srá�ky

infiltrace

podpovrchový odtok

navlhání

intercepce

splach

17

3.1 Srá�ky

Srá�ky vznikají kondenzací vodních par kolem ionizovaných �ástic prachu, pylu, kou�e

nebo molekul plyn�. Tento stav vzniká p�i poklesu teploty pod rosný bod,

�ím� v ochlazovaném ovzdu�í vzroste nasycenost vodními parami [07]. Nepatrné kapi�ky

vytvá�ejí oblaka a mlhy, ze kterých za vhodných podmínek padají k zemi srá�ky.

Srá�ky lze rozd�lit dle druhu na atmosférické/vertikální (dé��, sníh, kroupy,

mrholení, �) a usazené/horizontální (rosa, ledovka, jinovatka, �). Dle skupenství

jsou srá�ky d�leny na kapalné (dé��, mlha, �) a pevné (sníh, kroupy, námraza, �).

Mno�ství srá�ek je vyjád�eno pomocí úhrnu H (vrstva v mm, kdy dé�� dopadne

na nepropustný povrch a nepodléhá výparu).

Dal�í d�le�itou veli�inou charakterizující dé�� je intenzita i (mno�ství srá�ek v mm

za jednotku �asu). Srá�ky se m��í srá�kom�ry (ombrometr, ombrograf, totalizátor

nebo impulsní srá�kom�r).

18

4 ZEMINA

Obecn� je mo�né zeminu [09], [10] definovat jako povrchovou akumulaci zv�tralých

úlomk� hornin a minerál� u povrchu promíchaných s organickými slo�kami, které na v�t�in�

míst zemského povrchu pokrývají vrstvy pevného skalního podkladu. Z geologického

hlediska je zemina produktem mechanického a chemického zv�trávání hornin ovlivn�ným

procesem akumulace rozpadajících se organism� �ijících na Zemi, který se neustále formuje

mezi skalním podlo�ím a atmosférou.

Mechanické zv�trávání je fyzikální rozpad a dezintegrace horniny beze zm�ny

mineralogického slo�ení. Je zp�sobeno p�edev�ím ú�inkem zamrzání vody v puklinách,

tlakovým zatí�ením, tahovým nap�tím apod. Chemické zv�trávání je zp�sobeno poru�ením

a rozpadem minerál� v horninách po chemických reakcích s vodou nebo jinými chemickými

látkami rozpu�t�nými ve vod�, nebo vlivem reakce s plyny rozptýlenými v ovzdu�í

�i pod zemským povrchem.

V zemin� se p�irozen� vyskytuje voda [09], proto má zemina velmi d�le�itou funkci

v hydrologickém cyklu. Její vlastnosti ovliv�ují jaké mno�ství vody ze srá�ek se vsákne

do p�dy a jaké mno�ství odte�e z povrchu, �ím� zp�sobí nap�íklad povodn� nebo vodní erozi.

Ve zjednodu�eném pojetí je zemina slo�ená ze 3 následujících fází:

• pevná fáze (s - solid)

• kapalná fáze (w - water)

• plynná fáze (a - air)

Obr. 4.1 T�ífázový systém zeminy

4.1 Pevná fáze

Pevná fáze je tvo�ena organickými �ásticemi, p�dou, zeminou, zv�tralými horninami,

skalním podkladem a minerálními �ásticemi. Pevné �ástice jsou vzájemn� propojeny póry.

[11] Geometrie a velikost jednotlivých pór� je velmi t��ko popsatelná. Podle vzájemného

pom�ru uvedených t�í základních fází se m�ní vlastnosti zemin. Velikost pevných �ástic

a jejich pom�rné zastoupení ve vzorku zeminy zji��uje zrnitost. Pro její ur�ení se pou�ívají

dva typy zkou�ek:

• pro st�edn�- a hrubo-zrnné zeminy � prosévací zkou�ka,

• jemnozrnné zeminy - pyknometrická zkou�ka.

19

Velikost �ástic a jejich podíl v zemin� se popisuje pomocí k�ivky zrnitosti (Obr. 4.2).

K�ivka zrnitosti je sou�tová k�ivka [12], která vyjad�uje kumulativní relativní �etnost

jednotlivých zrnitostních frakcí studovaného vzorku zeminy, daných jejich podílem

na celkové hmotnosti zeminy. Rozm�ry �ástic se pohybují ve velmi �irokém rozp�tí, od tisícin

a� po desítky i stovky milimetr�. Obsah jemných �ástic p�itom ovliv�uje vlastnosti zemin

obecn� v�t�í m�rou ne� hrub�í �ástice. K�ivky zrnitosti se znázor�ují zásadn�

v semilogaritmických sou�adnicích. Logaritmické vyjád�ení pr�m�r� �ástic umo��uje

dostate�n� p�esné znázorn�ní podílu v�ech pr�m�r� a� do nejmen�ích. Pomocí k�ivky

zrnitosti lze nap�íklad zeminu klasifikovat, ur�it propustnost, �i její vhodnost do filtra�ních

vrstev.

Obr. 4.2 K�ivka zrnitosti zemin

Ve stavebnictví lze zeminy rozd�lit nap�. podle velikosti pevných �ástic (Tab. 4.1).

Tab. 4.1 Klasifikace zemin - orienta�ní hodnoty [10]

Druh zeminy Velikost �ástic [mm]

Jíly < 0,002 Prach 0,002 a� 0,06 Písek 0,06 a� 2

�t�rk 2 a� 100 Kameny 100 a� 200

Balvany > 200

Zrnitostní slo�ení pat�í mezi jeden z nejd�le�it�j�ích faktor� popisujících tvar a velikost

pór�. Ka�dý pór p�edstavuje dutinu (mezeru) mezi pevnými �ásticemi. [11] Tyto dutiny jsou

vypln�ny kapalnou nebo plynnou slo�kou. Kapalnou fázi p�edstavuje voda, vodní roztoky

a jiné vodou nemísitelné kapaliny. Plynná fáze obsahuje vzduch, aerosoly

a ostatní plyny.

20

4.2 Kapalná fáze

Voda se v zeminách a horninách [13] vyskytuje v r�zných formách:

• Volná voda, neboli gravita�ní voda, se pohybuje zeminou vlivem p�evá�n� gravita�ní

síly.

• Kapilární voda � voda vzlínající d�sledkem povrchového nap�tí vody nad hladinu

gravita�ní vody. Vý�ka je nep�ímo úm�rná velikosti pór� (písky � cm, jíly � m).

• Voda vázaná � okolo pevných �ástí je vytvo�en vodní obal, který je k povrchu �ástic

zeminy vázán elektrochemickými a elektromolekulárními silami. Tato voda ovliv�uje

mechanické a fyzikální vlastnosti zeminy, p�edev�ím má vliv na soudr�nost zeminy.

Voda m��e být pevn� nebo slab� vázaná. Pevn� vázaná voda, neboli hydroskopická

voda je ve form� krystalických a strukturálních vod, ty nepodléhají gravitaci a nelze

je odstranit p�i zah�átí zeminy na 105 °C a� 110 °C. Naopak slab� vázanou vodu,

neboli obalovou, lze ze zeminy odstranit p�i jejím zah�átí na 105 °C a� 110°C, proto�e

voda je vázaná silovým polem povrchu pevných �ástic. Vrstva obalové vody [14] má

tlou��ku asi 0,5 µm.

Na obrázku (Obr. 4.3) je schematicky znázorn�no, jak mohou být v zemin� jednotlivé

póry vypln�ny vodou a vzduchem.

Obr. 4.3 Voda v zemin� [14]

4.3 Plynná fáze

Stejn� jako voda se i vzduch nachází p�irozen� v zemin�. Póry, které nejsou vypln�né

vodou �i jinou kapalinou, vypl�uje plyn � nej�ast�ji vzduch a vodní páry. Slo�ení vzduchu

v zemin� se li�í od atmosférického vzduchu zpravidla vy��ím obsahem CO2 a ni��ím obsahem

O2.

21

5 VYBRANÉ VLASTNOSTI ZEMIN

5.1 Pórovitost zeminy

Zeminy jsou soustavou pevných �ástic o r�zném tvaru (nap�. kulovitý, jehlicový,

oválný, �upinový, atd.) a velikosti (ur�uje zrnitostní zkou�ka), mezi nimi� vznikají dutiny

neboli póry. Pórovitost je d�le�itou charakteristikou pro ocen�ní ulehlosti a nakyp�enosti

zeminy [14], které mají vliv na její pevnost a stla�itelnost. Zeminy s malou pórovitostí

vykazují men�í deformaci a v�t�í pevnost ve smyku. Tak�e mohou být vyu�ity jako základové

p�dy nebo jako t�snicí �ást zemních hrází. Pórovitost n lze vyjád�it jako podíl pór� Vp

v celkovém objemu zeminy V dle základního vztahu:

100⋅=V

Vn P [%]. (5.1)

V závislosti na velikosti zrn pevných �ástic se m�ní pórovitost. P�íklady jsou uvedeny

v tabulce (Tab. 5.1). Jedná se jen o orienta�ní hodnoty mezí, ve kterých se obvykle zeminy

vyskytují.

Tab. 5.1 Orienta�ní hodnoty pórovitosti [11]

Zemina Pórovitost [%]

�t�rk hrubý 24 - 36

�t�rk jemný 25 -38

Písek hrubý 31 � 46

Písek jemný 26 � 53

Prach 34 � 61

Jíl 34 � 60

5.2 Stejnorodost a izotropie zeminy

Zemina je stejnorodá, neboli homogenní, pokud jsou její filtra�ní vlastnosti ve v�ech

bodech shodné, není-li tomu tak, jedná se o prost�edí heterogenní. Zemina je izotropní, pokud

jsou její filtra�ní vlastnosti v daném bod� nezávislé na sm�ru proud�ní podzemní vody,

v opa�ném p�ípad� se jedná o anizotropní prost�edí. Zemina se jeví jako heterogenní

anizotropní prost�edí, proto�e �ádná �ástice nemá stejný tvar a vznikají tím r�zné velikosti

a tvary pór�. Pro popis jev� v zemin� se �asto pou�ívá zjednodu�ení [14] a zemina

se pova�uje za homogenní izotropní prost�edí. Vyu�ívají se tedy pr�m�rné hodnoty velikosti

�ástic a pór�.

22

5.3 Vlhkost

Mechanické vlastnosti zemin závisí krom� mineralogie zejména na velikosti �ástic

a na kondici zeminy. P�i zanedbání struktury lze hrubozrnné zeminy charakterizovat ulehlostí,

jemnozrnné zeminy vlhkostí. Vlhkost zeminy je proto jedna ze základních popisných

a fyzikálních vlastností.

Vlhkost zeminy je dle �SN CEN ISO/TS 17892-1 Geotechnický pr�zkum a zkou�ení -

Laboratorní zkou�ky zemin - �ást 1: Stanovení vlhkosti zemin mno�ství vody obsa�ené

v zemin�, které lze odstranit vysu�ením p�i teplot� 105 °C a� 110 °C do stálé hmotnosti.

U zemin s krystalicky vázánou vodou (nap�. s obsahem sádrovce), �i u zemin s vy��ím

obsahem organických látek (> 5%) v�ak dochází vysou�ením p�i uvedené teplot�

k chemickým zm�nám a tuto teplotu (resp. metodu) proto pou�ít nelze. Dále není vhodné tuto

teplotu pou�ívat ani u vzork� zemin s vy��ím podílem organických látek. Pro zeminy

se stanovuje váhová a objemová vlhkost.

Váhová vlhkost zeminy w je definována jako pom�r hmotnosti vody v zemin�

k hmotnosti vysu�ené zeminy [10]. Vyjád�ena je vztahem:

100⋅=d

w

m

mw [%], (5.2)

kde mw je hmotnost vody ve vzorku a md je hmotnost vzorku zeminy po vysu�ení (hmotnost

vzduchu v pórech je zanedbána).

Vlhkost objemová je definována jako pom�r objemu vody v zemin� k celkovému objemu

zeminy.

100⋅=V

Vw w

v [%], (5.3)

kde Vw je objem vody ve vzorku zeminy a V je celkový objem vzorku zeminy.

P�i stanovování vlhkosti zemin je rovn�� t�eba dbát na minimální mno�ství vzorku, které

nap�. pro jemnozrnné zeminy �iní cca 40 g (jemnozrnné zeminy � jíl, prach), st�edn�zrnné

zeminy (�ástice 2 mm � 10 mm) cca 100 g a� 300 g (písek) hrubozrnné zeminy cca 500 g

a� 5 kg (�t�rkovité zeminy, �t�rkovitopís�ité).

Dále je pot�eba vzít v úvahu, �e vlhkost vzorku m��e výrazným zp�sobem ovlivnit

druh vzorkovací metody, zp�sob vrtání a odb�ru vzorku, transport, zp�sob zabalení vzorku,

�asový interval od odb�ru vzorku a dodání do laborato�e (resp.do odb�ru vzorku v laborato�i)

apod. U odebraného vzorku (tzv. rostlá zemina) je nutno zachovat p�irozenou vlhkost

p�i odb�ru (pe�livé zabalení vzorku do neprody�ného obalu, nap�. igelitový neporu�ený obal).

23

P�i vyhodnocení je pot�eba brát v úvahu teplotu, p�i které byla vlhkost stanovena. Pr�m�rné

hodnoty vlhkosti zemin jsou uvedeny v tabulce (Tab. 5.2).

Tab. 5.2 Pr�m�rné hodnoty vlhkosti

Zemina Vlhkost [%]

Písek 10 � 24

Jílovité zeminy 24 � 35

Jíl 35 � 50

Bentonit a� 80

Vlhkost lze dále vyjád�it jako pom�r objemu pór� vypln�ných vodou k objemu pór� su�iny,

co� je takzvaný stupe nasycení [10] zeminy vodou Sr a je vyjád�en vztahem:

100⋅=p

w

rV

VS [%], (5.4)

kde Vw p�edstavuje objem vody a Vp je objem pór� ve vzorku. Orienta�ní hodnoty

pro klasifikaci zemin podle stupn� nasycení jsou v tabulce (Tab. 5.3).

Tab. 5.3 Klasifikace zemin dle stupn� nasycení

Zemina Stupe nasycení Sr

Suchá 0

Zavlhlá < 0,25

Vlhká 0,25 � 0,80

Velmi vlhká > 0,80

Nasycená vodou 1,0

5.4 pH

pH (anglicky potential of hydrogen) je definováno jako záporn� vzatý dekadický

logaritmus koncentrace c vodíkových iont� H+ [15]. Vyjád�eno je vztahem:

( )+⋅−= HcpH log nebo ( )+⋅−= OHcpH 3log , (5.5)

Hodnota pH vychází z iontového sou�inu [c(H3O+) · c(OH-)], oxoniových kationt�

H3O+ a hydroxylových aniont� OH-, který je ozna�ován jako iontový sou�in vody

a pro standardní podmínky je roven 1·10-14 (p�i 25 °C). Pokud bude látková koncentrace obou

iont� stejná a rovna 10-7, bude pH roztoku rovno 7.

24

Jedná se o �íslo, které vyjad�uje, zda je vodný roztok kyselý (pH < 7), co� je dáno

p�ebytkem oxoniových iont� H3O+ nebo naopak zásaditý (pH > 7), co� zp�sobuje p�ebytek

hydroxylových iont� OH-. Hodnoty nabývají rozsahu 0 a� 14 (Obr. 5.1). Roztok je neutrální,

pokud je hodnota pH rovno 7. �ím více se hodnota pH blí�í 0, tím je roztok kyselej�í

a naopak �ím více se hodnota blí�í 14, tím je roztok zásadit�j�í. Zna�ný vliv na hodnotu pH

má teplota vzorku.

Obr. 5.1 Stupnice pH

5.5 Konduktivita

Konduktivita � (m�rná elektrická vodivost) je fyzikální veli�ina, která p�edstavuje míru

schopnosti látky vést elektrický proud [16]. Jednotkou je Siemens na metr (S·m-1).

Hodnotu konduktivity ovliv�uje p�edev�ím koncentrace iont� [16], jejich náboj

a teplota látky (zemina, vodný roztok). Zvý�ením teploty o 1 °C se hodnota konduktivity

zvý�í cca o 2 %, proto ji p�i velkých zm�nách teplot nelze zanedbat.

Konduktivita [17] je p�evrácenou hodnotou rezistivity � m��ené mezi dv�ma 1 m

od sebe vzdálenými elektrodami o plo�e 1 m2 a je vyjád�ena vztahem:

AR

l

l

AR ⋅=

⋅==

11

ρσ [S·m-1], (5.6)

kde � je rezistivita [�·m2·m-1] (také ozna�ovaná jako m�rný elektrický odpor), l je délka

vodi�e [m], A je plocha kolmého pr��ezu [m2] a R je rezistance [�].

Vztah (5.6) je uveden z d�vodu návaznosti na m��ení rezistance R p�ístrojem Z-metr

metodou EIS, m��ení konduktivity pomocí testeru Hanna Instruments HI 98130-Combo

a laboratorní rozbor.

� � � � � � � � ��

��

��

�

25

6 VYBRANÉ PROCESY PROBÍHAJÍCÍ V ZEMIN�

6.1 Sufoze

Pravd�podobn� první zmínky o sufozi jako procesu sahají do roku 1872, kdy n�mecký

cestovatel a geolog F. Richthofen zaznamenal v �ínských spra�ových oblastech

tzv. stud�ovou erozi [18]. Termín sufoze byl zaveden A. P. Pavlovem v roce 1899

a p�edstavoval proces podzemního vyplavování a vymývání �ástic horniny vodou,

která se infiltrovala z povrchu [19].

Pro sufozi dodnes není zcela jednotná definice. Existují dv� skupiny názor�

na tento proces. První je, �e se jedná o proces, p�i kterém dochází jen k mechanickému

odplavování �ástic (nap�. Demek J. [20]). Druhou skupinou je názor, �e p�i sufozi dochází

nejen k mechanickému vyplavování �ástic, ale zárove� i k chemickému rozpou�t�ní látek

(nap�. Klimaszewski M. [19]).

Z hlediska komplexnosti procesu popsal podrobn�ji sufozi V. Král roku 1975 [19]

jako proces, p�i kterém dochází k mechanickému rozru�ování �ástic hornin (p�edev�ím

sedimentárních) a zárove� dochází �áste�n� k chemickému rozkladu rozpustných látek

(tzv. tmele hornin). Tyto �ástice jsou následn� vyplavovány infiltrující vodou do puklinových

systém�.

Na základ� t�chto poznatk� lze uva�ovat vznik sufoze nejen u nezpevn�ných a málo

zpevn�ných hornin, ale i u pevných hornin, které obsahují rozpustný tmel.

Sufoze je tedy proces pozvolného postupného chemického rozpou�t�ní

nebo mechanického vyplavování n�kterých �ástic zeminy, které vede k deformacím povrchu

území nebo poru�ení stability svah� [08] [21]. Podle uvedeného lze jev d�lit na dva typy,

kterými jsou:

Chemická sufoze � je zp�sobena rozpou�t�ním látek (tmele) v zemin�, iontovou

vým�nou, následným vyplavováním a p�ípadným srá�ením. Tento proces je p�edpokládaný

v experimentu, kterým se zabývá p�edlo�ená práce.

Mechanická sufoze � je zp�sobena vyplavováním jemných zrn z pórovitého prost�edí

za p�edpokladu, �e se jedná o nestejnozrnnou zeminu (geometrická podmínka � uspo�ádání,

tvar a velikost zrn ) a je p�ekro�ena mez hydraulického gradientu proudící vody. D�lí se na

26

Vnit�ní sufoze � kde probíhá vyplavování jemnozrnné frakce z ur�itého objemu zeminy,

�ím� dochází ke zv�t�ení propustnosti a pórovitosti daného vzorku;

Kontaktní sufoze � na rozhraní dvou materiál� zeminy rozdílné frakce, kde dochází

k vyplavování jemnozrnných �ástic do hrubozrnných;

Vn�j�í sufoze � jemnozrnné �ástice se vyplavují ven z pórovitého prost�edí.

Uvedený proces je pozorovatelný v experimentu, kterým se zabývá p�edlo�ená práce.

Obr. 6.1 Sufoze [08]

6.2 Kolmatace

Kolmatace je proces zaná�ení pór� zeminy jemnozrnnými suspendovanými �ásticemi,

které mohou zp�sobit sní�ení pórovitosti a propustnosti v ur�ité vrstv� daného vzorku [08],

tedy sní�ení hydraulické vodivosti k.

6.3 Privilegované cesty

K tvorb� privilegovaných cest dochází p�i poru�ení zeminy proudem vody, který vyná�í

jemné �ástice ven z podlo�í [08]. Jedná se o kombinaci ú�ink� vn�j�í sufoze, kontaktního

rozmývání a zp�tné eroze. Vzniká tak kanál uzav�eného profilu charakterizovaný rychlej�ím

proud�ním, který ovliv�uje proud�ní ve vzorku zeminy. Privilegované cesty mohou

p�edev�ím vzniknout na rozhraní dvou materiál�.

27

6.4 Sorpce

Sorpce je proces, p�i kterém dochází ke zvý�ení koncentrace látky na fázovém rozhraní

ve srovnání s okolním prost�edím [22]. Zjednodu�en� je to schopnost zadr�et n�které slo�ky

roztoku na povrchu zrn zeminy. D�lí se na

mechanickou sorpci - zadr�ení hrubé disperze v pórech a dutinách;

fyzikální sorpci - povrchové zachycení molekul na fázovém rozhraní;

fyzikáln� chemickou sorpci - iontová vým�na (p�edev�ím kationt�) mezi povrchem

�ástice a roztokem. Tento proces je nejvýznamn�j�í;

chemickou sorpci � vznikají málo rozpustné nebo nerozpustné slou�eniny;

biologickou sorpci � zachytávání látek mikroorganismy a rostlinami.

28

7 METODA EIS

Metoda elektrické impedan�ní spektrometrie (EIS) [23] pat�í do skupiny nep�ímých

m��icích metod. Jako zdroj budicí energie je vyu�íván harmonický signál sinusového pr�b�hu

� st�ídavý elektrický proud. Ka�dé vodivé prost�edí se vyzna�uje ur�itým elektrickým

odporem v��i pr�chodu elektrického proudu. Na základ� uvedeného poznatku lze velmi

zjednodu�en� metodu ozna�it za metodu popisující elektrický odpor m��eného prost�edí.

Práv� elektrický odpor charakterizuje vlastnosti p�d a zemin.

Základní princip metody EIS spo�ívá v m��ení frekven�ní charakteristiky elektrické

impedance Z zemin. Elektrickou impedanci Z lze vyjád�it pomocí Ohmova vztahu:

I

UZ = , (7.1)

kde Z je fázor elektrické impedance [�], U je fázor st�ídavého nap�tí [V] a I je fázor

st�ídavého proudu [A].

Elektrická impedance je komplexní veli�ina, její� frekven�ní charakteristiku

lze vyjád�it rozlo�ením na jednotlivé slo�ky, a to vztahem:

jXR +=Z , (7.2)

kde rezistance R (elektrický odpor) je reálnou slo�kou elektrické impedance, která není

závislá na frekvenci a X (reaktance) je imaginární slo�kou elektrické impedance,

která se m�ní s frekvencí. Frekvence f je svázaná s kruhovou frekvencí � vztahem:

f⋅= πω 2 . (7.3)

Modul elektrické impedance lze vyjád�it pomocí Pythagorovy v�ty:

22 XRZ +=, (7.4)

fázový posun je vyjád�en vztahem:

��

��

�=

R

Xarctgϕ

, (7.5)

elektrickou impedanci je mo�no graficky znázornit podle obrázku (Obr. 5.1).

Obr. 7.1 Grafické znázorn�ní fázoru elektrické impedance [23]

29

7.1 Princip m��ení metodou EIS

M��ení elektrické impedance [24] vychází z paralelního umíst�ní dvou elektrod

do zeminy v ur�ité vzdálenosti l. Elektrody délky d tvo�í jeden sníma� sondy EIS. St�ídavý

elektrický proud s hustotou J procházející zeminou mezi elektrodami v ní generuje elektrické

pole intenzity E. Zemina v�ak pr�chodu elektrického proudu klade elektrický odpor,

co� vyjad�ují m��ené slo�ky elektrické impedance Z.

Obr. 7.2 Zemina jako elektrický vodi� [24]

Zemina se obecn� pova�uje za �patný elektrický vodi�, je-li v suchém stavu.

Proto u suché zeminy bude reálný elektrický odpor velký. Bude-li naopak zemina vlhká

nebo v ní budou póry s obsahem vody, elektrický odpor bude men�í a zemina povede lépe

elektrický proud. Stane se tak elektrickým vodi�em [23], jeho� plocha A je ur�ena délkou

elektrod d (Obr. 5.2). Protéká-li elektrický proud I o dané hustot� J plochou A je mo�no

odvodit následující vztah:

��=A

dAJI . (7.6)

Konstrukce d�lené sondy umo��uje definovat vlastnosti jednotlivých vrstev

zkoumaného pr��ezu zeminy. Ka�dá elektroda sondy snímá ur�itou �ást pr��ezu, tím se dají

podrobn�ji zjistit zm�ny elektrické charakteristiky (nap�. elektrická vodivost) zeminy.

Informace o m��eném prost�edí lze získat pomocí in�enýrskogeologického

a hydrogeologického pr�zkumu. Na základ� zji�t�ní je mo�no navrhovat r�zné konstrukce

m��icích sond p�i vyu�ití m��icí aparatury navr�ené �e�ením projekt� E!4981 a E!7614

v programu EUREKA. Dle mo�ností a pot�eb sledování je dále m��ení mo�no realizovat

na jedné d�lené ty�ové sond� (nezbytné je vyu�ití adaptéru), nebo jako párové zapojení dvou

elektrod, které jsou umíst�ny v ur�ité vzájemné vzdálenosti, p�i�em� z d�vodu omezení vlivu

geoelektromagnetického pole Zem� by vzdálenost elektrod sníma�e nem�la být v zeminách

v�t�í ne� 2 m.

35

9 EXPERIMENT

Cílem mé práce bylo provést experiment, který se zabývá simulací infiltrace de��ových

vod do zeminy zatí�ené splachovými vodami (roztokem NaCl), p�i�em� proces je sledován

metodou EIS. Experiment jsem provedl v laborato�ích vodohospodá�ského výzkumu (LVV),

kde byly vhodné podmínky a zázemí pro jeho provedení. K dispozici jsem m�l m��icí p�ístroj

Z-meter ve verzi IV s párovou sondou se sedmi sníma�i v r�zných vý�kových úrovních.

Jako vzorky zeminy jsem pou�il t�i sm�si písku a jílu namíchané v r�zných pom�rech

(kapitoly 9.2 a 9.3). Ka�dý vzorek nezasolené zeminy jsem nasypal do upravené válcové

nádoby, do které byla p�edem umíst�na párová sonda. Hodnoty z m��ení na nezatí�ených

vzorcích mi slou�ily jako výchozí hodnoty pro porovnání s hodnotami získanými p�i m��ení

procesu vymývání solí ze zatí�ených vzork�. Následovalo zasolování vzork� vodným

roztokem NaCl (o koncentraci 0,47 % a objemu 1 litr na vzorek), tento proces

ale není sou�ástí tohoto experimentu, a proto není v práci popsán.

Ka�dý ji� zasolený vzorek jsem skráp�l stejným objemem (0,5 l) destilované vody,

�ím� jsem simuloval de��ovou srá�ku o stejné intenzit� 17,6 mm za 30 s. Destilovanou vodu

jsem volil z d�vodu eliminace destrukce vzork� ne�ádoucími vlivy, p�edev�ím chemickou

reakcí. Pomocí metody EIS jsem sledoval proces vymývání solí z jednotlivých vrstev vzork�

zasolené zeminy. Výstupní roztok mi slou�il k ur�ení mno�ství vyplavených solí. Porovnáním

vzork� jsem zji��oval, jaký vliv má na vymývání solí zm�na slo�ení zeminy a jaké mno�ství

solí se z daného vzorku vyplaví �i z�stane akumulováno v závislosti na objemu infiltrované

vody.

Obr. 9.1 Pracovi�t�

36

9.1 P�íprava experimentu

P�ed zahájením experimentu jsem si musel nejprve p�ipravit ve�keré pom�cky

a nále�itosti pro jeho uskute�n�ní. Nejprve jsem si vypracoval metodiku experimentu,

která je popsána v kapitole 9.4. Na základ� tohoto postupu jsem si p�ipravil následující

p�íslu�enství:

Z-meter IV s párovou sondou (v�etn� mobilního telefonu s p�íslu�ným softwarem)

P�ístroj Z-meter IV je popsán v kapitole 8. Informace o m��ení v�ak zprost�edkovává

m��icí sonda. Pro experiment jsem proto navrhl a nechal zhotovit 3 identické párové sondy.

Ka�dá se skládá ze dvou trubek. Ka�dá trubka obsahuje 7 elektrod, které jsou vzájemn�

odd�leny trubicemi z polyamidu, co� je izolant vytvá�ející distan�ní �ásti. Jedná se o párovou

pasivní sondu. Uvedené znamená, �e sníma�e neobsahují �ádný elektrický obvod a jsou

tvo�eny protilehlými paralelními elektrodami. Elektrické pole v profilu sníma�e je buzeno

generátorem st�ídavého signálu, který obsahuje p�ístroj Z-metr IV. Stejný sníma� ve stejném

profilu následn� p�ijímá m��ený signál. Pomocí sondy lze m��it na 7 kanálech s ozna�ením

kanál 0 a� kanál 6.

Z obrázku (Obr. 9.2) je z�ejmé, �e spodní elektrody (kanál 0) jsou del�í v porovnání

s ostatními elektrodami o 0,005 m. P�í�inou je konstrukce upevn�ní sondy do válcové nádoby.

Konce sondy jsou vertikáln� zasunuty do otvor� v nosi�i o hloubce 0,005 m. Nosi� je tvo�en

nevodivým matriálem, tudí� ú�inná vý�ka v�ech elektrod je stejná. Rozm�ry sondy

jsou uvedeny v tabulce (Tab. 9.1).

Tab. 9.1 Párová sonda - vlastnosti

Po�et trubic s elektrodami 6 ks Ú�inná vý�ka elektrody 1,5�10-2 m

Celková délka sondy 0,200 m Po�et izolant� na sond� 6

Pr�m�r sondy 1,1�10-2 m Vý�ka izolantu 1,5�10-2 m

Po�et elektrod na sond� 7 Po�et párových sond 3 ks

Obr. 9.2 Párová sonda

37

Upravená válcová nádoba

Pro experiment jsem po konzultacích navrhl t�i speciální nádoby tvaru válce vý�ky

h = 0,29 m a pr�m�ru d = 0,19 m. St�ny jsou vyrobeny z akrylátového skla, aby bylo mo�no

probíhající experiment sledovat vizuáln�. Dno je vyrobeno ze d�eva a nat�eno vod�odolnou

elektricky nevodivou barvou. K zaji�t�ní vodot�snosti jsou spoje lepeny akrylovým lepidlem.

Do ka�dé nádoby je umíst�n nosi�, který rozd�luje nádobu na prostor pro m��ení, obsahující

zeminu (horní �ást) a prostor pro akumulaci infiltrované vody s odtokem mimo nádobu

(dolní �ást). M��icí prostor zaujímá h = 0,22 m vý�ky válcové nádoby a akumula�ní prostor

vý�ku h = 0,06 m. Do nosi�e jsou vyvrtány otvory o pr�m�ru d = 0,007 m, aby infiltrovaná

voda mohla odtékat do akumula�ního prostoru, odkud je odtokovou trubicí jímána

do erlenmeyerových ban�k o objemu 250 ml. Otvory pro upevn�ní sondy jsou umíst�ny

na nosi�i ve vzdálenosti l = 0,14 m.

Obr. 9.3 Upravená válcová nádoba

Nádoba na promíchání sm�si

Pro vytvo�ení homogenní sm�si zeminy bylo nutno ob� slo�ky (brat�ický písek a jíl

PN3) �ádn� promíchat. K tomuto ú�elu jsem pou�il plastovou válcovou nádobu (kbelík)

s uzavíratelným víkem (Obr. 9.4). Metodika míchání zeminy je popsána v kapitole 9.3.

válcová nádoba

akumula�ní prostor

prostor pro m��ení

nosi�

odtok

otvory

otvory pro sondu

38

Obr. 9.4 Nádoba na promíchání sm�si zeminy

M��i� vlhkosti a teploty

Pro m��ení vlhkosti a teploty jsem pou�il multimetr Testo 454 (Obr. 9.5). P�ístrojem

jsem m��il vlhkosti a teploty jednotlivých vzork� zemin p�ed ka�dým m��ením. Zárove� jsem

stanovil tyto veli�iny pro prost�edí pracovi�t�. Hodnoty slou�í pro popis referen�ních

podmínek m��ení metodou EIS, nebo� ob� veli�iny mají vliv na hodnoty sledované elektrické

impedance.

Multimetr Testo 454 je p�enosný p�ístroj p�izp�sobený p�edev�ím do terénu. Skládá

se z ty�ového sníma�e a hlavní jednotky s displejem. Hrot sníma�e je opat�en elektrickými

m��icími obvody, které jsou chrán�ny speciální korunkou se závitem. Nam��ené hodnoty jsou

p�ehledn� zobrazeny na displeji. P�ístroj umo��uje i vytisknout nam��ená data,

nebo� obsahuje integrovanou tiskárnu. V mém experimentu jsem hodnoty ode�ítal p�ímo

z displeje a zaznamenával je do zápisníku.

Obr. 9.5 Multimetr Testo 454

39

Tester Hanna Instruments HI 98130 Combo

Pro stanovení teploty, konduktivity a pH ve výstupním roztoku jsem pou�il tester

Hanna Instruments HI 98130 Combo (Obr. 9.6). Jedná se o kompaktní vod�odolný p�ístroj.

Ovládání je zprost�edkováno dv�ma tla�ítky � tla�ítko pro zapnutí/vypnutí p�ístroje, které

zárove� slou�í jako p�epínání m��ených veli�in a tla�ítko HOLD, pro zmrazení nam��ené

hodnoty. P�ístroj je vybaven funkcí automatická teplotní kompenzace (ATC), co� znamená,

�e v daném teplotním rozmezí jsou nam��ené hodnoty dostate�n� p�esné a není nutno

provád�t jejich korekci. Technická specifikace [27] testeru je uvedena v následující tabulce

(Tab. 9.2).

Tab. 9.2 Tester Hanna Instruments HI 98130 Combo - Technická specifikace

Teplota [°C] pH [ - ] Konduktivita [mS/cm]

Rozsah 0,0 a� 60,0 0,00 a� 14,00 0,00 a� 20,00

Rozli�ení 0,1 0,01 0,01

P�esnost 0,5 0,05 0,4

Obr. 9.6 Tester Hanna Instruments 98130 Combo

[http://shop.hannainst.com/hi98130-ph-ec-tds-tester.html?ProdCode=HI%252098130&id=002003#downloads]

Sada na zrnitostní rozbor

Pro zrnitostní rozbor vzork� zemin jsem pou�il elektromagnetickou t�epa�ku

Endecotts Octagon 200 a sadu t�inácti sít se �tvercovými oky pro odd�lení zrnitostních frakcí

od st�edního pr�m�ru zrna 6,3 mm do 0,063 mm.

40

Obr. 9.7 Elektromagnetická t�epa�ka

Digitální váhy pro m��ení hmotnosti

Pro zji�t�ní hmotnosti zeminy jsem pou�il digitální váhy Sartorius (Obr. 9.7), které vá�í

s rozli�ením 0,01 g, reprodukovatelností ±0,01 g a maximální vá�ivostí 5 kg. Váhy jsem

vyu�il p�i stanovení hmotnosti jednotlivých frakcí zemin.

Obr. 9.8 Digitální váhy

Destilovaná voda

Z d�vodu, �e pitná voda z vodovodu obsahuje minerály a p�edev�ím chloridy, jejich�

obsah se m��e ve vodním �adu po dobu trvání experimentu m�nit, jsem se rozhodl pou�ít

pro simulaci de��ové srá�ky destilovanou vodu.

41

PE síovina

Pro zaji�t�ní stability a zamezení vyplavování jemných �ástic vzorku zeminy

v upravené válcové nádob� jsem na nosi� umístil PE sí�ovinu. Pou�itá plastová sí�ka

je inertní v��i ulpívání solí a má dostate�nou velikost ok, aby propustila solný roztok

a zárove� zamezila vymývání �ástic zeminy.

Obr. 9.9 PE síovina

Ostatní pom�cky

Pro experiment jsem dále pot�eboval svinovací metr a lihový fix pro zna�ení stupnice

na válcových nádobách. Odm�rku na vodu pro stanovení p�esného mno�ství vody, kterým

jsem p�i v�ech variantách experimentu skráp�l zeminu ve válcové nádob�. Plastovou konev

s kropítkem pro simulaci de�t�, aby docházelo k co nejmen�ímu rozru�ení povrchu vzork�.

Pro odebrání výstupních roztok� jsem pou�il erlenmeyerovy baky a také vzorkovnice

poskytnuté hydrochemickou laborato�í spole�nosti GEOtest a.s. Ve�keré poznámky o pr�b�hu

experimentu jsem si zaznamenával do zápisníku. Vzorky zemin byly p�ed zrnitostním

rozborem vysu�eny v su�árn� p�i teplot� 105 °C.

9.2 Materiály pro m��ení

Pro sv�j experiment jsem vyu�il dva materiály

• modifikovaný písek Brat�ice a

• t��ený jíl PN3.

Ob� zeminy jsem promíchal v r�zných pom�rech. Následn� jsem získal 3 vzorky

sm�sí, které byly m��eným prost�edím pro realizovaný experiment. Charakteristika pou�itých

vzork� je uvedena v kapitole 9.3.

42

Modifikovaný písek Brat�ice

Jedná se o pís�itou zeminu z lokality Brat�ice, která byla k dispozici v laborato�ích

Ústavu vodních staveb. Pou�itý písek byl modifikován, co� znamená, �e bylo upraveno

jeho granulometrické slo�ení. Písek obsahoval pouze frakce zrn do 6,3 mm. Zrna s v�t�ím

pr�m�rem byla odstran�na. V dal�ích kapitolách jsem pro zeminu pou�il ozna�ení písek

Brat�ice (Obr. 9.10). Granulometrický rozbor pís�ité zeminy je uveden u vzorku 1

v kapitole 9.3.

Obr. 9.10 Modifikovaný písek Brat�ice

T��ený jíl PN3

Zemina byla bezplatn� poskytnuta spole�ností KERAMOST, a.s., která je významným

�eským výrobcem nerostných nemetalických surovin.

Jíly, které jsou vyu�ívány v �R, byly p�ed miliony let ukládány na dno prav�kého

mo�e, které se rozprostíralo v oblasti st�edo�eské k�ídové tabule. Tyto jíly [28] jsou t��eny

povrchovým zp�sobem a následn� upravovány pro získání r�zných vlastností. Mezi typické

vlastnosti pat�í zejména vysoká �áruvzdornost, malá a� st�ední plasticita a sv�tlé zbarvení

p�i pálení. Vzhledem k relativn� vysokému obsahu Al2O3, nízkému obsahu �eleza, obecn�

vysokým obsahem jílových minerál� a v�t�inou také malým obsahem organických p�ím�sí,

jsou vhodné pro výrobu lupk�, jako sou�ást pracovních hmot �áruvzdorného zbo�í

umo��ujících rychlovýpal. N�které z nich se hodí i pro jedno�árovou výrobu póroviny

a také pro sanitární keramiku, obklady a dla�bu. Díky jemnému mletí se významn�

roz�i�uje spektrum vyu�ití.

43

Jíl s ozna�ením PN3 (Obr. 9.11) obsahoval i velmi hrubou frakci, proto jsem musel

p�ed zahájením experimentu nadrtit a pomocí síta odd�lit frakce hrub�í ne� 2 mm. Vyu�ití

(Tab. 9.3), chemické slo�ení (Tab. 9.4) a technické parametry (Tab. 9.5) jílu jsou uvedeny

v následujících tabulkách [28].

Obr. 9.11 PN3: a) hrubá frakce, b) frakce do 2 mm

Tab. 9.3 T��ené jíly - vyu�ití

Název PN3 Název PN3

Sanita ne Keramika ne

Obklady jedno�árové ne �amot ano

Obklady dvoj�árové ne Sádrokarton ne

Dla�by 3 % � 5 % ne

Tab. 9.4 T��ené jíly � chemické slo�ení

Název PN3 Název PN3

SiO2 [%] 62 � 68 CaO [%] 0,2

Al2O3 [%] 27 MgO [%] 0,1

Fe2O3 [%] 0,6 � 1,5 K2O [%] 0,3

TiO2 [%] 1,5 Na2O [%] 0,1

Jílové minerály [%] 65 Karbonáty [%] < 0,1

K�emen [%] 30 Org. látky [%] 0,3 � 0,6

96

12 ZÁV�R

M��ení metodou EIS i provedené chemické rozbory vzájemn� potvrzují, �e ze v�ech

vzork� bylo vyplaveno tém�� v�echno mno�ství chlorid�, s tím �e ve vzorku pís�itého

charakteru byla akumulace chlorid� ni��í a u vzork� s v�t�ím procentuálním zastoupením jílu

docházelo vedle akumulovaných solí z vodného roztoku chloridu sodného k uvoln�ní

p�vodních elektricky vodivých iont� mate�né zeminy. Je v�ak t�eba zd�raznit, �e simulovaná

intenzita de��ových srá�ek 17,6 mm za 30 s aplikovaná na vzorky zemin byla pom�rn�

vysoká a vlhkost zat��ované zeminy byla 99,9 %.

Provedený experiment prokázal mo�nost vyu�ít metodu EIS p�i sledování rozst�iku

slané vody z vozovky a procesu její infiltrace do zeminy. Pro vyhodnocení procesu degradace

zeminy vodným roztokem chloridu sodného na základ� dat m��ených aparaturou pracující

s metodou EIS je v�ak t�eba nejprve zajistit referen�ní vzorek nezatí�ené zeminy a provést

pro n�j kalibraci m��ením elektrické impedance. Pro korekci teplotního gradientu by m��ení

m�lo být provedeno pro teplotní rozsah vyskytující se v zimních m�sících s p�edpokládanou

aplikací posypových solí.

V Brn� dne 11.1.2015 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Jakub Slezák

97

SEZNAM POU�ITÉ LITERATURY

[01] Vyhlá�ka 104/1997 Sb., Ministerstva dopravy a spoj�. (1997). [online] Dostupné z:

http://portal.gov.cz/app/zakony/zakonPar.jsp?page=1&idBiblio=45313&nr=104~2F1997&rpp

=15#local-content

[02] Five-year Review of Progress: Code of Practice for the Environmental Management of Road

Salts, Environment Canada [online]. Dostupné z:

http://www.ec.gc.ca/sels-salts/default.asp?lang=En&n=45D464B1-1

[03] Environmental, Health and Economic Impacts of Road Salt, New Hamshire Department

of Environmental Services [online]. Dostupné z:

http://des.nh.gov/organization/divisions/water/wmb/was/salt-reduction-initiative/ impacts.htm

[04] Vyhlá�ka 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické po�adavky na pitnou a teplou vodu

a �etnost a rozsah kontroly pitné vody. (2004). [online] Dostupné z:

http://portal.gov.cz/app/zakony/zakonPar.jsp?page=0&idBiblio=57875&nr=252~2F2004&rpp

=15#local-content

[05] Zákon 254/2001 Sb., o vodách a o zm�n� n�kterých zákon�. (2001). [online] Dostupné z:

http://www.podnikatel.cz/zakony/zakon-o-vodach-a-o-zmene-nekterych-zakonu-vodni-

zakon/uplne/

[06] �SN 75 61 01, Stokové sít� a kanaliza�ní p�ípojky. (2012) Ú�ad pro technickou normalizaci,

metrologii a státní zku�ebnictví, Praha.

[07] JANDORA, J., STARA V., STARÝ, M. (2011). Hydraulika a hydrologie, CERM, Brno.

[08] ÍHA, J. (2005). Hydraulika podzemní vody, modul 01, FAST VUT v Brn�.

[09] KUTÍLEK, M., KURÁ�, V., CÍSLEROVÁ, M. (1993). Hydropedologie, skriptum �VUT,

Praha

[10] WEIGLOVÁ, K. (2005). Mechanika zemin, modul BF02-M01, Studijní opory, FAST, VUT

v Brn�.

[11] CÍSLEROVÁ, M., VOGEL, T. (2008). Transportní procesy, �VUT, Praha.

[12] LAMBOJ, L., �TÉPÁNEK, Z. (2005). Mechanika zemin a zakládání staveb, �VUT, Praha.

[13] JANDORA, J., �ULC, J. (2006) Hydraulika, modul 01, Studijní opora, FAST VUT v Brn�.

[14] KOLÁ, V., PATO�KA, C., BÉM, J. (1983). Hydraulika, SNTL/ALFA, Praha.

98

[15] ROVNANÍKOVÁ, P., ROVNANÍK P., KÍSTEK, R. (2004). Stavební chemie, Modul 1,

Vybrané kapitoly z obecné a fyzikální chemie, FAST VUT v Brn�.

[16] Environmental Geophysics: Electrical Conductivity (�) and Resistivity (�), U.S. EPA [online].

Dostupné z:

http://www.epa.gov/esd/cmb/GeophysicsWebsite/pages/reference/properties/Electrical_Condu

ctivity_and_Resistivity/

[17] Stanovení konduktivity, pH a oxida�n�-redoxního potenciálu, Ústav in�enýrství ochrany

�ivotního prost�edí, FT UTB ve Zlín�: [T7TVO] - Technologie vody [online]. Dostupné z:

http://uiozp.ft.utb.cz/studmat/2013820142334/T7TV072012.pdf

[18] ZACHAR, D. (1970). Erózia pôdy, Vydavate�stvo Slovenskej akadémie vied, 2. vyd.,

Bratislava.

[19] KIRCHNER, K. (1981). P�ísp�vek k poznání sufoze v Hostýnských vr�ích, Zprávy

Geografického ústavu �SAV, Brno

[20] DEMEK, J. (1974). Teoretická geografie, principy a problémy, �SAV, Brno.

[21] PETRÁNEK, J. Sufoze, Geologická encyklopedie. [online]. Dostupné z:

http://www.geology.cz/aplikace/encyklopedie/term.pl?sufoze

[22] BOR�VKA, L. Základy pedologie a ochrana p�dy, P�edná�ka 7, �ZU v Praze. [online].

Dostupné z: http://pedologie.czu.cz/prednasky/zpop/zpop7.pdf

[23] PAÍLKOVÁ, J. (2010) Monitorování proud�ní vody zeminou a mo�nosti jeho vyu�ití

u ochranných hrází, Teze habilita�ní práce, Brno.

[24] PAÍLKOVA J., PAVLÍK J. (2010). Automatizovaný systém pro analýzu vybraných

charakteristik a proces� v porézním prost�edí metodou EIS. Díl�í oponovaná zpráva projektu

OE10002 za rok 2010. Brno.

[25] PAÍLKOVÁ, J., PAVLÍK, J. (2008, 2009, 2010). Realizace - výzkum, vývoj a výroba

automatizovaného systému sledování zm�n vlhkosti zemin metodou EIS. Oponované zprávy

projektu OE240 za roky 2007, 2008 a 2009. Brno.

[26] GEOtest a.s. (2004) P�ístroje realizované v programu EUREKA.

[27] Specifications, HI98130 Tester, Hanna Instruments. [online]. Dostupné z:

http://shop.hannainst.com/hi98130-ph-ec-tds-

tester.html?ProdCode=HI%252098130&id=002003#downloads

[28] T��ené jíly, Jíly, Produkty, KERAMOST, a.s. [online]. Dostupné z:

http://www.keramost.cz/cz/produkty/jíly/tezene-jily

99

SEZNAM TABULEK

Tab. 4.1 Klasifikace zemin - orienta�ní hodnoty [10] .............................................................. 19�

Tab. 5.1 Orienta�ní hodnoty pórovitosti [11] ........................................................................... 21�

Tab. 5.2 Pr�m�rné hodnoty vlhkosti ......................................................................................... 23�

Tab. 5.3 Klasifikace zemin dle stupn� nasycení ....................................................................... 23�

Tab. 8.1 Parametry Z-metru IV ................................................................................................ 31�

Tab. 9.1 Párová sonda - vlastnosti ............................................................................................ 36�

Tab. 9.2 Tester Hanna Instruments HI 98130 Combo - Technická specifikace ....................... 39�

Tab. 9.3 T��ené jíly - vyu�ití .................................................................................................... 43�

Tab. 9.4 T��ené jíly � chemické slo�ení ................................................................................... 43�

Tab. 9.5 T��ené jíly � technické parametry .............................................................................. 44�

Tab. 9.6 T��ené jíly � technické parametry .............................................................................. 44�

Tab. 9.7 Vzorek 1 � zastoupení slo�ek zeminy ........................................................................ 45�



Tab. 10.1 Parametry m��ení ...................................................................................................... 52�

Tab. 10.2 Vlastnosti vzork� v suchém stavu ............................................................................ 53�

Tab. 10.3 Zna�ení m��ení ......................................................................................................... 53�

Tab. 10.4 Zna�ení m��ení nezasolených vzork� ....................................................................... 55�

Tab. 10.5 Hloubky umíst�ných sníma�� .................................................................................. 57�

Tab. 10.6 Zasolený vzorek 1 � po�áte�ní stav .......................................................................... 59�

Tab. 10.7 Vzorek 1 � zm�na rezistance R � nezasolený/zasolený stav .................................... 59�

Tab. 10.8 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 1 ......................................................................... 60�

Tab. 10.9 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �zasolený stav/vymývání 1 .................................... 60�

Tab. 10.10 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 2 ....................................................................... 60�

Tab. 10.11 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 1/vymývání 2 .................................... 61�








100






Tab. 10.24 Zasolený vzorek 2 � po�áte�ní stav ........................................................................ 66�

Tab. 10.25 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � nezasolený/zasolený stav .................................. 67�

Tab. 10.26 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 1 ........................................................................... 67�

Tab. 10.27 Vzorek 2 � zm�na rezistance R �zasolený stav /vymývání 1 ................................. 67�


Tab. 10.29 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 1/vymývání 2 ................................... 69�













Tab. 10.42 Zasolený vzorek 3 � po�áte�ní stav ........................................................................ 74�

Tab. 10.43 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � nezasolený/zasolený stav .................................. 74�


Tab. 10.45 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � zasolený stav /vymývání 1 ................................ 75�








101








Tab. 10.60 Vzorek 1 � výstupní roztoky - tester ...................................................................... 81�



Tab. 10.63 Vzorek 1 � výstupní roztoky - laborato�e ............................................................... 83�



Tab. 11.1 Porovnání rezistancí :R vzork� ................................................................................ 90�

Tab. 11.2 Porovnání koncentrací chlorid� ................................................................................ 94�

102

SEZNAM OBRÁZK�

Obr. 1.1 Silnice R52 mezi obcemi Poho�elice a Nová Ves ...................................................... 13�

Obr. 3.1 Srá�koodtokový proces ............................................................................................... 16�

Obr. 4.1 T�ífázový systém zeminy ............................................................................................ 18�

Obr. 4.2 K�ivka zrnitosti zemin ................................................................................................ 19�

Obr. 4.3 Voda v zemin� [14] .................................................................................................... 20�

Obr. 5.1 Stupnice pH ................................................................................................................ 24�

Obr. 6.1 Sufoze [08] ................................................................................................................. 26�

Obr. 7.1 Grafické znázorn�ní fázoru elektrické impedance [23] .............................................. 28�

Obr. 7.2 Zemina jako elektrický vodi� [24] .............................................................................. 29�

Obr. 8.1 P�ístroj Z-metr IV s mobilním telefonem ................................................................... 30�

Obr. 8.2 Blokové schéma Z-metru IV ...................................................................................... 31�

Obr. 8.3 Aplikace Z-METER IV control box � P�ipojení ........................................................ 32�

Obr. 8.4 P�ístroj Z-METER IV - P�ipojení ............................................................................... 33�

Obr. 8.5 Z-METER IV control box � �asované m��ení ........................................................... 33�

Obr. 8.6 Ukázka výstupního textového souboru ....................................................................... 34�

Obr. 8.7 Schématické znázorn�ní propojení sondy a p�ístroje Z-metr IV ................................ 34�

Obr. 9.1 Pracovi�t� .................................................................................................................... 35�

Obr. 9.2 Párová sonda ............................................................................................................... 36�

Obr. 9.3 Upravená válcová nádoba ........................................................................................... 37�

Obr. 9.4 Nádoba na promíchání sm�si zeminy ......................................................................... 38�

Obr. 9.5 Multimetr Testo 454 ................................................................................................... 38�

Obr. 9.6 Tester Hanna Instruments 98130 Combo ................................................................... 39�

Obr. 9.7 Elektromagnetická t�epa�ka ....................................................................................... 40�

Obr. 9.8 Digitální váhy ............................................................................................................. 40�

Obr. 9.9 PE sí�ovina ................................................................................................................. 41�

Obr. 9.10 Modifikovaný písek Brat�ice .................................................................................... 42�

Obr. 9.11 PN3: a) hrubá frakce, b) frakce do 2 mm ................................................................. 43�

Obr. 9.12 Vzorky zemin ........................................................................................................... 45�

Obr. 9.13 Granulometrická k�ivka vzorku 1 ............................................................................. 45�



Obr. 9.16 Umíst�ní Sond .......................................................................................................... 47�

103

Obr. 9.17 Vzorky zeminy ve válcových nádobách ................................................................... 48�

Obr. 9.18 M��ení multimetrem Testo 454 ................................................................................ 49�

Obr. 9.19 Infiltrace vody do vzorku zeminy ............................................................................. 50�

Obr. 9.20 Hladina vody nad vzorkem zeminy .......................................................................... 50�

Obr. 9.21 M��ení vzorku zeminy a výstupního roztoku ........................................................... 51�

Obr. 10.1 Vzorek 1 � Infiltrace vody do suchého vzorku ......................................................... 54�



Obr. 10.4 Vzorek 1 � nezasolený stav ...................................................................................... 56�



Obr. 10.7 Vzorek 1 � Ulehlost vrstev ....................................................................................... 57�



Obr. 10.10 Zasolený vzorek 1 � po�áte�ní stav ........................................................................ 59�

Obr. 10.11 Zasolený vzorek 1 � vymývání 1 ............................................................................ 60�



















104








Obr. 11.1 Vzorek 1 � pr�b�h vymývání ................................................................................... 85�

Obr. 11.2 Vzorek 1 � stav vymývání 8/nezasolený .................................................................. 86�

Obr. 11.3 Vzorek 1 � porovnání stav� vymývání 8/nezasolený ve vrstvách zeminy ............... 86�







Obr. 11.10 Porovnání rezistancí :R vzork� .............................................................................. 90�

Obr. 11.11 Pr�b�h konduktivity p�i vymývání ......................................................................... 91�

Obr. 11.12 Pr�b�h pH p�i vymývání ......................................................................................... 92�

Obr. 11.13 Pr�b�h koncentrace Na+ p�i vymývání ................................................................... 93�

Obr. 11.14 Pr�b�h koncentrace Ca+ p�i vymývání ................................................................... 93�

Obr. 11.15 Pr�b�h koncentrace chlorid� Cl- p�i vymývání ...................................................... 94�

105

SEZNAM P�ÍLOH

SEZNAM TI�T�NÝCH P�ÍLOH

1. Vzor výstupního souboru (Z-meter IV)

2. Vzor protokolu chemického rozboru

3. Infiltrace vody vzorkem zeminy

SEZNAM DIGITÁLNÍCH P�ÍLOH

1_vlastnosti_vzorku.xlsx

2_stejnorodost_vzorku.slsx

3_nezasolene_vzorky.xlsx

4_vymyvany_vzorek_1.xlsx



7_rozbory_GEOtest_data

8_protokoly_GEOtest

SLEDOV`N˝ VLIVU SIMULOVANÉ INTENZITY DE−T NA ZEMINU … · 2016-01-07 · Problematikou odstran...

Documents

Transcript of SLEDOV`N˝ VLIVU SIMULOVANÉ INTENZITY DE−T NA ZEMINU … · 2016-01-07 · Problematikou odstran...