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. 9.8 Vzorek 2 � zastoupení slo�ek zeminy ........................................................................ 46�
Tab. 9.9 Vzorek 3 � zastoupení slo�ek zeminy ........................................................................ 46�
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�
Tab. 10.12 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 3 ....................................................................... 61�
Tab. 10.13 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 2/vymývání 3 .................................... 62�
Tab. 10.14 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 4 ....................................................................... 62�
Tab. 10.15 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 3/vymývání 4 .................................... 63�
Tab. 10.16 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 5 ....................................................................... 63�
Tab. 10.17 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 4/vymývání 5 .................................... 64�
Tab. 10.18 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 6 ....................................................................... 64�
100
Tab. 10.19 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 5/vymývání 6 .................................... 64�
Tab. 10.20 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 7 ....................................................................... 65�
Tab. 10.21 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 6/vymývání 7 .................................... 65�
Tab. 10.22 Zasolený vzorek 1 � Vymývání �. 8 ....................................................................... 65�
Tab. 10.23 Vzorek 1 � zm�na rezistance R �vymývání 7/vymývání 8 .................................... 66�
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. 10.28 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 2 ........................................................................... 68�
Tab. 10.29 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 1/vymývání 2 ................................... 69�
Tab. 10.30 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 3 ........................................................................... 69�
Tab. 10.31 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 2/vymývání 3 ................................... 69�
Tab. 10.32 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 4 ........................................................................... 70�
Tab. 10.33 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 3/vymývání 4 ................................... 70�
Tab. 10.34 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 5 ........................................................................... 70�
Tab. 10.35 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 4/vymývání 5 ................................... 71�
Tab. 10.36 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 6 ........................................................................... 71�
Tab. 10.37 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 5/vymývání 6 ................................... 72�
Tab. 10.38 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 7 ........................................................................... 72�
Tab. 10.39 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 6/vymývání 7 ................................... 73�
Tab. 10.40 Zasolený vzorek 2 � Vymývání 8 ........................................................................... 73�
Tab. 10.41 Vzorek 2 � zm�na rezistance R � vymývání 7/vymývání 8 ................................... 73�
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. 10.44 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 1 ........................................................................... 75�
Tab. 10.45 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � zasolený stav /vymývání 1 ................................ 75�
Tab. 10.46 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 2 ........................................................................... 75�
Tab. 10.47 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 1/vymývání 2 ................................... 76�
Tab. 10.48 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 3 ........................................................................... 76�
Tab. 10.49 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 2/vymývání 3 ................................... 77�
Tab. 10.50 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 4 ........................................................................... 77�
Tab. 10.51 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 3/vymývání 4 ................................... 77�
Tab. 10.52 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 5 ........................................................................... 78�
101
Tab. 10.53 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 4/vymývání 5 ................................... 78�
Tab. 10.54 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 6 ........................................................................... 78�
Tab. 10.55 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 5/vymývání 6 ................................... 79�
Tab. 10.56 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 7 ........................................................................... 79�
Tab. 10.57 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 6/vymývání 7 ................................... 80�
Tab. 10.58 Zasolený vzorek 3 � Vymývání 8 ........................................................................... 80�
Tab. 10.59 Vzorek 3 � zm�na rezistance R � vymývání 7/vymývání 8 ................................... 80�
Tab. 10.60 Vzorek 1 � výstupní roztoky - tester ...................................................................... 81�
Tab. 10.61 Vzorek 2 � výstupní roztoky - tester ...................................................................... 82�
Tab. 10.62 Vzorek 3 � výstupní roztoky - tester ...................................................................... 82�
Tab. 10.63 Vzorek 1 � výstupní roztoky - laborato�e ............................................................... 83�
Tab. 10.64 Vzorek 2 � výstupní roztoky - laborato�e ............................................................... 84�
Tab. 10.65 Vzorek 3 � výstupní roztoky - laborato�e ............................................................... 84�
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. 9.14 Granulometrická k�ivka vzorku 2 ............................................................................. 46�
Obr. 9.15 Granulometrická k�ivka vzorku 3 ............................................................................. 47�
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. 10.2 Vzorek 2 � Infiltrace vody do suchého vzorku ......................................................... 54�
Obr. 10.3 Vzorek 3 � Infiltrace vody do suchého vzorku ......................................................... 55�
Obr. 10.4 Vzorek 1 � nezasolený stav ...................................................................................... 56�
Obr. 10.5 Vzorek 2 � nezasolený stav ...................................................................................... 56�
Obr. 10.6 Vzorek 3 � nezasolený stav ...................................................................................... 56�
Obr. 10.7 Vzorek 1 � Ulehlost vrstev ....................................................................................... 57�
Obr. 10.8 Vzorek 2 � Ulehlost vrstev ....................................................................................... 58�
Obr. 10.9 Vzorek 3 � Ulehlost vrstev ....................................................................................... 58�
Obr. 10.10 Zasolený vzorek 1 � po�áte�ní stav ........................................................................ 59�
Obr. 10.11 Zasolený vzorek 1 � vymývání 1 ............................................................................ 60�
Obr. 10.12 Zasolený vzorek 1 � vymývání 2 ............................................................................ 61�
Obr. 10.13 Zasolený vzorek 1 � vymývání 3 ............................................................................ 62�
Obr. 10.14 Zasolený vzorek 1 � vymývání 4 ............................................................................ 63�
Obr. 10.15 Zasolený vzorek 1 � vymývání 5 ............................................................................ 63�
Obr. 10.16 Zasolený vzorek 1 � vymývání 6 ............................................................................ 64�
Obr. 10.17 Zasolený vzorek 1 � vymývání 7 ............................................................................ 65�
Obr. 10.18 Zasolený vzorek 1 � vymývání 8 ............................................................................ 66�
Obr. 10.19 Zasolený vzorek 2 � po�áte�ní stav ........................................................................ 67�
Obr. 10.20 Zasolený vzorek 2 � vymývání 1 ............................................................................ 68�
Obr. 10.21 Zasolený vzorek 2 � vymývání 2 ............................................................................ 68�
Obr. 10.22 Zasolený vzorek 2 � vymývání 3 ............................................................................ 69�
Obr. 10.23 Zasolený vzorek 2 � vymývání 4 ............................................................................ 70�
Obr. 10.24 Zasolený vzorek 2 � vymývání 5 ............................................................................ 71�
Obr. 10.25 Zasolený vzorek 2 � vymývání 6 ............................................................................ 72�
Obr. 10.26 Zasolený vzorek 2 � vymývání 7 ............................................................................ 72�
Obr. 10.27 Zasolený vzorek 2 � vymývání 8 ............................................................................ 73�
Obr. 10.28 Zasolený vzorek 3 � po�áte�ní stav ........................................................................ 74�
Obr. 10.29 Zasolený vzorek 3 � vymývání 1 ............................................................................ 75�
104
Obr. 10.30 Zasolený vzorek 3 � vymývání 2 ............................................................................ 76�
Obr. 10.31 Zasolený vzorek 3 � vymývání 3 ............................................................................ 76�
Obr. 10.32 Zasolený vzorek 3 � vymývání 4 ............................................................................ 77�
Obr. 10.33 Zasolený vzorek 3 � vymývání 5 ............................................................................ 78�
Obr. 10.34 Zasolený vzorek 3 � vymývání 6 ............................................................................ 79�
Obr. 10.35 Zasolený vzorek 3 � vymývání 7 ............................................................................ 79�
Obr. 10.36 Zasolený vzorek 3 � vymývání 8 ............................................................................ 80�
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. 11.4 Vzorek 2 � pr�b�h vymývání ................................................................................... 87�
Obr. 11.5 Vzorek 2 � stav vymývání 8/nezasolený .................................................................. 87�
Obr. 11.6 Vzorek 2 � porovnání stav� vymývání 8/nezasolený ve vrstvách zeminy ............... 88�
Obr. 11.7 Vzorek 3 � pr�b�h vymývání ................................................................................... 88�
Obr. 11.8 Vzorek 3 � stav vymývání 8/nezasolený .................................................................. 89�
Obr. 11.9 Vzorek 3 � porovnání stav� vymývání 8/nezasolený ve vrstvách zeminy ............... 89�
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
5_vymyvany_vzorek_2.xlsx
6_vymyvany_vzorek_3.xlsx
7_rozbory_GEOtest_data
8_protokoly_GEOtest