FIZIČKA I HIDROGEOLOŠKA SVOJSTVA STENA

FIZIČKA I HIDROGEOLOŠKA SVOJSTVA STENA

Osnovi hidrogeologije

IIIPOGLAVLJE

Osnovi hidrogeologije (Prof. Dr Veselin Dragišić)

POJAM I VIDOVI STENAPOJAM I VIDOVI STENA

StenaStena predstavljapredstavlja sistemsistem kojikoji se se sastojisastoji odod::

ččvrstihvrstih mineralnihmineralnih ččesticaestica kojekoje izgrađujuizgrađuju skeletskelet stenestene,,međuprostorameđuprostora izmeđuizmeđu ččesticaestica skeletaskeleta razlirazliččitihitih veliveliččinaina i i genezegeneze (pore, (pore, prslineprsline, , pukotinepukotine, , kavernekaverne),),vodenogvodenog rastvorarastvora u u međuprostorimameđuprostorima izmeđuizmeđu ččvrstihvrstih ččesticaestica kojikoji susu u u razlirazliččitimitimagregatnimagregatnim stanjimastanjima ((teteččnomnom, , ččvrstomvrstom, , fizifiziččkiki vezanomvezanom), u ), u uzajamnomuzajamnom dejstvudejstvusasa ččesticamaesticama skeletaskeleta iivodenevodene pare i pare i gasovagasova u u međuprostorimameđuprostorima kojikoji nisunisu zauzetizauzeti vodomvodom ((slikaslika IIIIII--1).1).

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

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

1 - vodeni rastvor; 2 - vodena para i gasovi; 3 - čvrste mineralne čestice


FIZIFIZIČČKA SVOJSTVA STENSKIH MASAKA SVOJSTVA STENSKIH MASAOsnovnaOsnovna hidrogeolohidrogeološškaka svojstvasvojstva stenastena ((vlavlažžnostnost, , kapilarnostkapilarnost, , vodopropusnostvodopropusnost i i izdaizdaššnostnost) ) zavisezavise odod mnogihmnogih faktorafaktora, pre , pre svegasvega odod fizifiziččkihkih svojstavasvojstava stenastena kaokao šštotosusu: :

granulometrijskigranulometrijski sastavsastav, , gustinagustina ččvrstihvrstih ččesticaestica, , gustinagustina stenastena i i poroznostporoznost stenskihstenskih masamasa..

GRANULOMETRIJSKI SASTAVGRANULOMETRIJSKI SASTAV

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

MetodaMetoda prosejavanjaprosejavanja.. PrimenjujePrimenjuje se se zaza određivanjeodređivanje granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastavarastresitihrastresitih zrnastihzrnastih stenastena, , tjtj. . stenastena veveććihih odod 0.06 mm.0.06 mm.


PostupakPostupak hidrometrisanjahidrometrisanja zasnivazasniva se se nana određivanjuodređivanju brzinebrzine padanjapadanja ččesticaestica raznihraznihveliveliččinaina krozkroz mirnumirnu voduvodu. .

RezultatiRezultati granulometrijskihgranulometrijskih analizaanaliza mogumogu se se izrazitiizraziti tabelarnotabelarno, , tetežžinskiminskim iliiliprocentualnimprocentualnim sadrsadržžajemajem odgovarajuodgovarajuććihih frakcijafrakcija ((tabelatabela IIIIII--1), i 1), i grafigrafiččkiki -- u u viduviduhistogramahistograma ((slikaslika IIIIII--2), 2), integralnimintegralnim krivamakrivama granulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava, , odnosnoodnosnogranulometrijskimgranulometrijskim krivamakrivama u u obiobiččnojnoj, a , a najnajččeeššććee 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) - prečnik zrna; q (%) - procenat učešća frakcije


Tabela III-1. Proračun frakcija na osnovu prosejavanjapreko USA sita (Stojadinović, 1984)

Broj USA

Otvor okca

Ukupna masa

Zadržano na situ

Ukupno zadržano

Ukupno prošlo

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 (Filipović, 1980)


Slika III-4. Trokomponentni dijagram granulometrijskog sastava


Podela rastresitih sedimenata na osnovu franulometrijskog sastava:

a) Stene krupnozrnog sastava,

Blokovi

Drobina Šljunkovi

krupan srednji sitan

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

b) Stene sitnozrnog sastava,

ZaZa ocenuocenu raspodeleraspodele ččesticaestica u u stenisteni koristekoriste se se karakteristikarakterističčnini prepreččnicinici zrnazrna nana krivojkrivojgranulometrijskoggranulometrijskog sastavasastava ((dd1010 i i dd6060 ). Na ). Na osnovuosnovu njihnjih momožžee se se odreditiodrediti koeficijentkoeficijentjednorodnostijednorodnosti iliili uniformnostiuniformnosti, a , a sluslužžee i i zaza određivanjeodređivanje koeficijentakoeficijenta filtracijefiltracije..

Osnovi hidrogeologije (Prof. Dr Veselin Dragišić))

GUSTINA GUSTINA ČČVRSTIH VRSTIH ČČESTICAESTICA

GustinaGustina ččvrstihvrstih ččesticaestica stenestene ((ρρss)) predstavljapredstavlja masumasu ččvrstihvrstih ččesticaestica u u jedinicijedinici njihovenjihovezapreminezapremine bezbez porapora..

GustinaGustina ččvrstihvrstih ččesticaestica stenastena direktnodirektno zavisizavisi odod gustinegustine pojedinihpojedinih mineralaminerala kojikojiizgrađujuizgrađuju stenustenu. . OnaOna se se izraizražžavaava sledesledeććimim odnosomodnosom::

)(g/cm Vm= 3

s

ssρ

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

Osnovi hidrogeologije Prof. Dr Veselin Dragišić))

GUSTINA GUSTINA STENASTENA

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

ρ =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 ((ρρdd) ) predstavljapredstavlja odnosodnos masemase uzorkauzorka suvesuvestenestene i i njenenjene zapreminezapremine, , pripri ččemuemu susu pore u pore u stenisteni ispunjeneispunjene samosamo vazduhomvazduhom..

ρds 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 zasizasiććenomenom stanjustanju ((ρρzz) ) predstavljapredstavlja odnosodnos masemase vlavlažžnene stenestene u u jedinicijedinicizapreminezapremine stenestene, , pripri ččemuemu susu pore u pore u stenisteni ispunjeneispunjene vodomvodom::

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

vodomvodom (cm(cm33).).

ρzz 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(fiziččkoko--hemijsko raspadanje, tektonski pokreti i dr), obihemijsko raspadanje, tektonski pokreti i dr), običčno ne predstavlja monolit, veno ne predstavlja monolit, većć u u sebi sadrsebi sadržži određene međuprostore i određene međuprostore (pore, pukotine ili (pore, pukotine ili ššupljine), razliupljine), različčitog oblika i itog oblika i veliveliččine.ine.

Svi međuprostori u steni koji nisu zauzeti Svi međuprostori u steni koji nisu zauzeti ččvrstom mineralnom materijom, bez vrstom mineralnom materijom, bez obzira na naobzira na naččin postanka, oblik, veliin postanka, oblik, veliččinu i međusobnu povezanostinu i međusobnu 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 između zrna kod rastresitih sedimentnih stena rostore između 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 međusobno razdvojene u steni i nemaju uticaja na akumuliranj su međusobno razdvojene u steni i nemaju uticaja na akumuliranje i e i kretanje podzemnih voda.kretanje podzemnih voda.

Aktivne poreAktivne pore obuhvataju sve međuprostore u steni koji su povezani i sa obuhvataju sve međuprostore u steni koji su povezani i sa atmosferom i koji omoguatmosferom i koji omoguććavaju 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 međuprostore u steni ispunjene samo slobodnom obuhvata one međuprostore u steni ispunjene samo slobodnom (gravitacionom) (gravitacionom) vodom, zanemarujuvodom, zanemarujućći međuprostore zauzete fizii međuprostore zauzete fiziččki vezanim i kapilarnim vodama.ki vezanim i kapilarnim vodama.

OblikOblik i i veliveliččinaina poroznostiporoznosti

Po Po svomsvom oblikuobliku, , međuprostorimeđuprostori u u stenisteni mogumogu bitibiti razlirazliččitogitog, , najnajččeeššććee nepravilnognepravilnog, , oblikaoblika, , takotako dada imim jeje tetešškoko datidati odgovarajuodgovarajuććii nazivnaziv. . NajNajččeeššććee se u se u stenskimstenskim masamamasamasresreććuu okruglasteokruglaste, , cevastecevaste, , crevastecrevaste, , elipsoidneelipsoidne, , izduizdužženeene, , razlirazliččitoito izdvojeneizdvojene i i potpunopotpuno nepravilnenepravilne porepore. .


Slika III.5. Tipovi poroznosti po Meinzeru (Milojević, 1967) A - dobro sortiran aluvijalni materijal; B - loše 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 poroznošću; F - stene

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


SveSve pore se pore se mogumogu razvrstatirazvrstati premaprema veliveliččiniini nana makroporemakropore, , kojekoje se vide se vide golimgolim okomokom, i , i mikroporemikropore, , kojekoje se vide se vide uveuveććaneane pod pod lupomlupom iliili mikroskopommikroskopom. . OsimOsim oveove, , izvrizvrššenaena jejepodelapodela premaprema prepreččnikuniku porapora i i šširiniirini 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 veličinu

Razmera pora Vid poroznosti Vrsta pora Prečnik okruglastih

pora (mm) Širina 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 <0.002 <0.0001


KoeficijentKoeficijent poroznostiporoznosti

KoeficijentKoeficijent poroznostiporoznosti stenastena (e) (e) predstavljapredstavlja odnosodnos zapreminezapremine porapora premaprema zapreminizapreminiččvrstevrste faze, faze, odnosnoodnosno ččvrstihvrstih ččesticaestica..

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

PremaPrema porekluporeklu porapora, , poroznostporoznost momožžee bitibiti: : primarnaprimarna i i sekundarnasekundarna. . ZaZa mnogemnoge stenestenekarakteristikarakterističčnono jeje prisustvoprisustvo i i primarneprimarne i i sekundarnesekundarne poroznostiporoznosti ((slosložženieni tip tip poroznostiporoznosti).).

PrimarnaPrimarna poroznostporoznostSekundarnaSekundarna poroznostporoznost..

TipoviTipovi poroznostiporoznosti


StrukturaStruktura poroznostiporoznosti stenskihstenskih masamasa jeje kompleksnakompleksna prostornaprostorna osobinaosobina njihovenjihoveporoznostiporoznosti. . NjuNju ujednoujedno ččineine preovlađujupreovlađujuććii oblikoblik porapora u u njenojnjenoj stenskojstenskoj masimasi, , njihovnjihovrasporedraspored i i nanaččinin njihovenjihove spojenostispojenosti u u porneporne agregateagregate ((StepanoviStepanovićć, 1962)., 1962).

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

međuzrnskameđuzrnska,,pukotinskapukotinska i i kavernoznakavernozna..

OsimOsim ovihovih, , javljajujavljaju se i se i nekineki ređeređe zastupljenizastupljeni tipovitipovi poroznostiporoznosti kaokao šštoto susu::

sunđerastasunđerasta i i crevastacrevasta..


MeđuzrnskaMeđuzrnska poroznostporoznost

MeđuzrnskiMeđuzrnski tip tip poroznostiporoznosti najnajččeeššććee jeje karakteristikarakterističčanan zaza klastiklastiččnene sedimentesedimente: : ššljunkoveljunkove, , peskovepeskove, , glinegline, , drobinedrobine i i slsl. . JavljaJavlja se, se, aliali ređeređe, i , i kodkod drugihdrugih stenskihstenskihmasamasa ((magmatskihmagmatskih, , metamorfnihmetamorfnih i i sedimentnihsedimentnih), i to u ), i to u zonizoni raspadanjaraspadanja u u povrpovrššinskominskom i i pripovrpripovrššinskominskom deludelu rasprostranjenja.rasprostranjenja.

Foto III-1. Međuzrnska poroznost


PoroznostPoroznost stenastena sastavljenihsastavljenih odod zrnazrna istogistog prepreččnikanika ((jednorodnejednorodne) ) stenestene zavisizavisi ododmeđusobnogmeđusobnog polopoložžajaaja tihtih zrnazrna. . RasporedRaspored zrnazrna istogistog prepreččnikanika momožžee bitibiti takavtakav dadapostipostižžee 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

KarakteristiKarakterističčnana jeje zaza magmatskemagmatske, , metamorfnemetamorfne i i ččvrstevrste sedimentnesedimentne stenestene. . OvuOvuporoznostporoznost ččineine pukotinepukotine razlirazliččitihitih dimenzijadimenzija kojekoje presecajupresecaju stenustenu nana najrazlinajrazliččitijeitijenanaččineine. U . U ogromnomogromnom brojubroju slusluččajevaajeva pukotinepukotine susu neravnomernoneravnomerno raspoređeneraspoređene u u stenskojstenskoj masimasi. One . One susu ččeeššććee i i ššireire blibližžee povrpovrššiniini, a s , a s povepoveććanjemanjem dubinedubine ređeređe i i uužžee. . 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 hlađenjahlađenja magmemagme ((kontrakcijakontrakcija), ), usledusledgubljenjagubljenja vodevode ((dehidratacijadehidratacija), ), fizifiziččkogkog i i hemijskoghemijskog raspadanjaraspadanja, , dejstvadejstva mrazamraza, , gravitacijegravitacije, , miniranjaminiranja i i drugogdrugog..

PukotinePukotine i i ostaliostali diskontinuitetidiskontinuiteti u u stenskimstenskim masamamasama obiobiččnono se se nene javljajujavljajuusamljenousamljeno. One . One veveććinominom ččineine skupineskupine kojekoje nazivamonazivamo: : familijefamilije i i sistemisistemi pukotinapukotina..


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

SistemSistem pukotinapukotina jeje veveććaa skupinaskupina diskontinuitetadiskontinuiteta kojakoja obuhvataobuhvata svesve pukotinepukotine u u odgovarajuodgovarajuććemem podrupodruččjuju stenskestenske masemase. . NjegaNjega ččineine dvedve iliili viviššee familijafamilija, , kojekoje se se međusobnomeđusobno mremrežžastoasto ukrukršštajutaju..

KlasifikacijaKlasifikacija pukotinapukotina.. PukotinePukotine susu prisutneprisutne u u svimsvim ččvrstimvrstim stenamastenama kojekoje izgrađujuizgrađujuzemljinuzemljinu koru: koru: magmatskimmagmatskim, , metamorfnimmetamorfnim i i sedimentnimsedimentnim. . PostojiPostoji viviššee klasifikacijaklasifikacijapukotinapukotina kojekoje susu vrvrššeneene zaza razlirazliččiteite potrebepotrebe u u domenudomenu geologeološškihkih naukanauka..

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

tektonsketektonske,,petrogenepetrogene,,pukotinepukotine fizifiziččkogkog i i hemijskoghemijskog raspadanjaraspadanja,,gravitacionegravitacione iitehnogenetehnogene..


Foto III-2. Pukotinska poroznost u granitskim stenama


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


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 ((krekreččnjacinjaci, , 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 proproššireneirene fizifiziččkoko--hemijskimhemijskim dejstvomdejstvom vodevode nanastenustenu, , pripri ččemuemu nastajunastaju vrlovrlo velikevelike ššupljineupljine, , kanalikanali i i kavernekaverne u u kojimakojima se se skupljaskuplja i i krekreććee vodavoda. . SteneStene sasa kavernoznimkavernoznim tipomtipom poroznostiporoznosti predstavljajupredstavljaju znaznaččajneajnerezervoarerezervoare podzemnihpodzemnih vodavoda..

OvajOvaj tip tip poroznostiporoznosti dobiodobio jeje imeime popo latinskojlatinskoj rereččii cavernacaverna, , šštoto znaznaččii ššupljinaupljina, , odnosnoodnosno pepeććinaina..


KarstKarst jeje sveukupnostsveukupnost geologeološškihkih procesaprocesa i i njimanjima stvorenihstvorenih pojavapojava u u zemljinojzemljinoj korikori i i nana njenojnjenoj povrpovrššiniini, , izazvanihizazvanih hemijskimhemijskim raspadanjemraspadanjem stenastena, , izraizražženihenih u u obrazovanjuobrazovanju raznovrsnihraznovrsnih ššupljinaupljina u u zemljinoj kori, te obrazovanju posebnih uslova zemljinoj kori, te obrazovanju posebnih uslova cirkulacije i recirkulacije i režžima podzemnih voda, karakteristiima podzemnih voda, karakterističčnog reljefa terena i hidrografske nog reljefa terena i hidrografske mremrežže.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 površšini zemlje zastupljen je i ini zemlje zastupljen je i termokarsttermokarst. .

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


Foto III-6 i 7. Karstifikacija u krečnjacima


Foto III.8. Ulaz u pećinu


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


Foto III.10. Podzemnii oblici u karstu


Foto III.11. Podzemnii oblici karsta

Foto III.12. Podzemni morfološki oblici u karstu


SunđerastaSunđerasta poroznostporoznost, , kojakoja se se ččestoestonazivanaziva i i ššupljikavaupljikava, , karakteristikarakterističčnana jeje zazabigarbigar, , nekeneke krekreččnjakenjake i lave. i lave.

CrevastaCrevasta poroznostporoznost

SunSunđerastađerasta poroznostporoznost

Ova Ova poroznostporoznost jeje karakteristikarakterističčnanauglavnomuglavnom zaza nekeneke glinovitoglinovito--peskovitepeskovitestenskestenske masemase, u , u kojimakojima jeje nastalanastala““bubuššaaččkimkim”” dejstvomdejstvom raznihraznih žživotinjskihivotinjskih i i biljnihbiljnih organizamaorganizama ((nana primer u primer u lesulesu, , glinamaglinama, , laporimalaporima). ). JavljaJavlja se i u se i u bigrubigru, , gdegde nastajenastaje hemijskomhemijskom sedimentacijomsedimentacijom..


OdređivanjeOdređivanje veliveliččineine poroznostiporoznosti i i koeficijentakoeficijenta poroznostiporoznosti

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

nVV

VV V

100%p p

p s= =

+⋅

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

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


PoroznostPoroznost glinovitihglinovitih stenastena najnajččeeššććee se se određujeodređuje popo sledesledeććojoj formuliformuli::

s

dsnρρρ −

= 100%1ns

d ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=ρρ

gdegde susu::ρρ -- gustinagustina stenestene u u prirodnomprirodnom stanjustanjuW W -- vlavlažžnostnost stenestene u u prirodnomprirodnom stanjustanjuρρss -- gustinagustina ččvrstihvrstih ččesticaestica

OdređivanjeOdređivanje poroznostiporoznosti vrvrššii se i u se i u laboratorijilaboratoriji nana osnovuosnovu ispitivanjaispitivanja gustinegustine ččvrstihvrstihččesticaestica i i gustinegustine stenastena nana sledesledeććii nanaččinin::

( ) 100%W0.011

1ns

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+⋅

−=ρ

ρ

gdegde susu::n n -- poroznostporoznost stenesteneρρss -- gustinagustina ččvrstihvrstih ččesticaesticaρρdd -- gustinagustina stenestene u u suvomsuvom stanjustanju


OdređivanjeOdređivanje koeficijentakoeficijenta poroznostiporoznosti (e) (e) vrvrššii se u se u laboratorijilaboratoriji nana osnovuosnovu određivanjaodređivanjavrednostivrednosti gustinegustine ččvrstihvrstih ččesticaestica ((ρρs) i s) i gustinegustine stenestene u u suvomsuvom stanjustanju ((ρρd):d):

IzIz definicijedefinicije: : odnosodnos zapreminezapremine porapora premaprema zapreminizapremini ččvrstevrste faze, faze, odnosnoodnosno ččvrstihvrstihččesticaestica, , momožžee se se odreditiodrediti koeficijentkoeficijent poroznostiporoznosti (e):(e):

s

p

VV

e =sp

pp

VVV

VV

n+

==n1

ne−

=

1 ed

s −=ρρ


GLAVNA HIDROGEOLOGLAVNA HIDROGEOLOŠŠKA SVOJSTVA STENAKA SVOJSTVA STENA

VLAVLAŽŽNOST STENANOST STENAPremaPrema mehanizmumehanizmu apsorbovanjaapsorbovanja ((upijanjaupijanja) i ) i zadrzadržžavanjaavanja vodevode u u stenamastenama, , razlikujemorazlikujemosledesledeććee vidovevidove vlavlažžnostinosti::

higroskopnuhigroskopnu vlavlažžnostnost ((WhWh),),maksimalnumaksimalnu molekularnumolekularnu vlavlažžnostnost (Wm, max.),(Wm, max.),kapilarnukapilarnu vlavlažžnostnost (Wk) i(Wk) ipotpunupotpunu vlavlažžnostnost ((WzWz).).

KAPILARNOSTKAPILARNOST STENASTENA


gdegde susu::HHkk -- visinavisina kapilarnogkapilarnog penjanjapenjanja,,σσ -- povrpovrššinskiinski naponnapon nana granicigranici teteččnene

i i gasovitegasovite faze,faze,αα -- ugaougao kvakvaššenjaenja,,RR -- radijusradijus ((poluprepolupreččniknik) ) krivinekrivine

meniskameniska,,ρρww -- gustinagustina vodevode iiGG -- ubrzanjeubrzanje zemljinezemljine tetežžee..

αρσ cos

gr2

kH ⋅⋅⋅

=w

Za čistu vodu (bez primesa) u čistoj čaši na t = 20 oC, σ = 0.074 N/m i ρw = 1 g/cm3, visina kapilarnog podizanja se možeaproksimirati formulom:

Slika III.8. Šema kapilarnog podizanja

H = 0.15rk

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


Slika III.9. Šema kapilarnog podizanja vode u cevima različitog prečnika

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


VODOPROPUSNOST I PROPUSTNOSTVODOPROPUSNOST I PROPUSTNOST

VodopropusnostVodopropusnost

VodopropusnostVodopropusnost predstavljapredstavlja svojstvosvojstvo stenastena dada krozkroz svojesvoje pore pore propupropušštajutaju slobodnuslobodnu((gravitacionugravitacionu) ) voduvodu. . VodopropusnostVodopropusnost zavisizavisi odod veliveliččineine 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 određujeodređuje se se koeficijentomkoeficijentom vodopropusnostivodopropusnosti odnosnoodnosnokoeficijentomkoeficijentom filtracijefiltracije KfKf ((m/danm/dan, , m/sm/s, cm/s). , cm/s). VeliVeliččinaina koeficijentakoeficijenta vodopropusnostivodopropusnostizavisizavisi, pre , pre svegasvega, , odod razmererazmere i i strukturestrukture porapora, , kaokao i i odod fizifiziččkoko--hemijskihhemijskih svojstavasvojstavateteččnostinosti..


PropusnostPropusnost stenastena. . PropusnostPropusnost stenastena jeje njihovanjihova sposobnostsposobnost dada propupropušštajutaju razlirazliččiteitevrstevrste fluidafluida iliili gasagasa, , pripri postojanjupostojanju gradijentagradijenta pritisakapritisaka. . IzraIzražžavaava se se brojbrojččanoano, , koeficijentomkoeficijentom propusnostipropusnosti: :

pFLQKp Δ⋅⋅⋅

=μ

PropusnostPropusnost stenastena

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

(cm3/s),m - dinamički koeficijent viskoznosti (Pa*s),L - dužina puta filtracije (cm),F - površina poprečnog preseka porozne

sredine zasićene fluidom (cm2) iΔp - razlika pritisaka (bar).


ZaZa merenjemerenje propusnostipropusnosti stenastena koristikoristi se se jedinicajedinica darsidarsi..

JedanJedan darsidarsi ravanravan jeje proticajuproticaju 1 cm1 cm33 teteččnostinosti viskoznostiviskoznosti 1 1 mPamPa··s, s, krozkroz stenustenupovrpovrššineine 1 cm1 cm22, , dudužžineine 1 cm 1 cm zaza 1 1 sekundusekundu, , pripri pritiskupritisku odod 1 1 barabara, a , a pripri kretanjukretanjuteteččnostinosti laminarnimlaminarnim rerežžimomimom ((slikaslika IIIIII--1100).).

Slika III.10. Šematski prikazjedinice darsi


ZavisnoZavisno odod kvantitativnogkvantitativnog i i kvalitativnogkvalitativnog sastavasastava fazafaza fluidafluida ((žžitkaitka i i gasovitagasovita), ), propusnostpropusnost momožžee bitibiti razlirazliččitihitih vidovavidova::

apsolutnaapsolutna ((fizifiziččkaka))efektivnaefektivna ((faznafazna))relativnarelativna

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

gdegde susu::ρρww -- gustinagustina vodevode,,g g -- ubrzanjeubrzanje zemljinezemljine tetežžee iim m -- koeficijentkoeficijent dinamidinamiččkeke viskoznostiviskoznosti..

μρ gKK w

Pf⋅

⋅=


IZDAIZDAŠŠNOST I RETENCIJA STENANOST I RETENCIJA STENA

IzdaIzdaššnostnost

IzdaIzdaššnostnost stenastena.. IzdaIzdaššnostnost stenastena predstavljapredstavlja sposobnostsposobnost stenastena zasizasiććenihenih vodomvodom dadapripri snisnižženjuenju nivoanivoa vodevode odajuodaju slobodnuslobodnu gravitacionugravitacionu voduvodu. . KarakteriKarakteriššee se se koeficijentomkoeficijentom gravitacionegravitacione izdaizdaššnostinosti ((μμ):):

KoliKoliččinaina vodevode kojakoja se se momožžee dobitidobiti iziz 1 m1 m33 stenestene predstavljapredstavlja specifispecifiččnunu izdaizdaššnostnost stenestene..

IzdaIzdaššnostnost stenastena ((μμ) ) momožžee se se brojnobrojno predstavitipredstaviti i i kaokao razlikarazlika potpunepotpune ((WzWz) i ) i maksimalnemaksimalnemolekularnemolekularne vlavlažžnostinosti ((Wm,maxWm,max):):

μ =VV

v

gde su:μ - izdašnost stena (delovi jedinice),Vv - zapremina vode koja nakon zasićenja može

isteći pod uticajem gravitacije iV - zapremina stene zasićene gravitacionom vodom.

μ = −W Wz m,max


KodKod peskovitopeskovito--ššljunkovitihljunkovitih rastresitihrastresitih stenastena izdaizdaššnostnost ((μμ) ) momožžee se se predstavitipredstaviti kaokaorazlikarazlika izmeđuizmeđu ukupneukupne poroznostiporoznosti (n) i (n) i maksimumamaksimuma molekularnemolekularne vlavlažžnostinosti ((Wm,maxWm,max):):

odnosnoodnosno, , izdaizdaššnostnost jeje brojbrojččanoano ravnaravna efektivnojefektivnoj poroznostiporoznosti..

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

μ = −n Wm,max

μ =Ta

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

Po Po mehanizmumehanizmu odavanjaodavanja vodevode, pored , pored gravitacionegravitacione, , razlikujemorazlikujemo i i elastielastiččnunu izdaizdaššnostnoststenastena..


RetencijaRetencija

RetencijaRetencija stenastena. . RetencijaRetencija predstavljapredstavlja svojstvosvojstvo stenestene dada u u svojimsvojim poramaporama zadrzadržžavaavavoduvodu nakonnakon zasizasiććenjaenja, , protivnoprotivno silisili gravitacijegravitacije. . KoliKoliččinaina vezanevezane vodevode u u poroznojporoznojsredinisredini, , izraizražženaena u u procentimaprocentima zapreminezapremine stenestene, , oznaoznaččavaava specifispecifiččnunu retencijuretenciju. . OnaOna, , pre pre svegasvega, , zavisizavisi odod veliveliččineine i i oblikaoblika ččesticaestica, , odnosnoodnosno tipatipa poroznostiporoznosti. . TakoTako se se glinoviteglinovite stenestene, , bogatebogate kapilarnimkapilarnim i i subkapilarnimsubkapilarnim poramaporama, , odlikujuodlikuju znatnomznatnomretencijomretencijom. . BrojBrojččanoano jeje jednakajednaka maksimalnojmaksimalnoj molekularnojmolekularnoj vlavlažžnostinosti (Wm, max.).(Wm, max.).

Kao i Kao i specifispecifiččnana izdaizdaššnostnost, i , i specifispecifiččnana retencijaretencija se se momožžee odreditiodrediti nana viviššee nanaččinaina::

laboratorijskimlaboratorijskim ispitivanjimaispitivanjima nana uzorcimauzorcima stenastena kojakoja obuhvatajuobuhvataju zasizasiććenjeenje i i njihovonjihovo dreniranjedreniranje pod pod uticajemuticajem silesile gravitacijegravitacije,,proraproraččunimaunima nana osnovuosnovu granulometrijskihgranulometrijskih ispitivanjaispitivanja,,analizomanalizom podatakapodataka dobijenihdobijenih crpenjemcrpenjem vodevode iziz bunarabunara i dr. i dr.

Documents

FIZIČKA I HIDROGEOLOŠKA SVOJSTVA STENA