sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss

12-Jun-22 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 3
Nước và sự vận động của nước trong đất Trình bày TS. Trần Thanh Danh Tp Hồ Chí Minh – 06/2022 NỘI DUNG
Phần 1 - Tính chất vật lý và hóa học của nước trong đất
Phần 2 - Quy luật vận động của nước trong đất 2 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 1 12-Jun-22 PHẦN 1
Tính chất vật lý & hóa học của nước trong đất GIỚI THIỆU 4 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 2 12-Jun-22 GIỚI THIỆU 5 GIỚI THIỆU
Nước dưới đất gồm tất cả nước tồn tại dưới các dạng khác
nhau phân bố trong các lỗ rỗng, khe nứt của đất đá nằm dưới mặt đất.
Khi trời mưa nước thấm vào trong đất và mang theo các
khoáng chất ở trong đất => hình thành tính chất hóa học của nước trong đất. 6 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 3 12-Jun-22 GIỚI THIỆU
Khi chuyển động trong các lỗ rỗng, nước dưới đất gây trở
ngại cho việc thi công và điều kiện làm việc công trình: gây
ngập hố móng, đẩy trồi, mất ổn định hố đào, cát chảy...
Các chất hóa học trong nước dưới đất có thể gây ăn mòn
dẫn đến phá hoại các cấu kiện bê tông. 7 NỘI DUNG PHẦN 1
1. Các dạng tồn tại của nước trong đất
2. Tính chất vật lý của nước trong đất
3. Tính chất hóa học của nước trong đất
4. Tính ăn mòn của nước trong đất 8 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 4 12-Jun-22
1 - Các dạng tồn tại của nước trong đất CÁC KHU VỰC TRONG ĐẤT Đới không bão hòa Đới bão hòa 10 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 5 12-Jun-22 1 - ĐỚI BÃO HÒA
Đới bão hòa là khu vực (phần đất) trong đó các lỗ rỗng của
đất đá chứa đầy nước.
Nước ngầm chủ yếu dự trữ trong đới này. 11 Mặt nước ngầm
Biên của đới bão hòa = mặt nước ngầm (bề mặt tại đó áp
suất cột nước bằng áp suất khí quyển)
Nước ngầm chịu ảnh hưởng trực tiếp của các nhân tố khí
tượng thủy văn khu vực (mực nước, lưu lượng, t/p hóa học..)
Mặt nước ngầm thay đổi theo mùa 12 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 6 12-Jun-22
Quan hệ nước ngầm & nước mặt
Nước ngầm thường có quan hệ thủy lực với các nguồn
nước mặt (sông, suối…)
Các kiểu quan hệ thường gặp: 13 2 - ĐỚI KHÔNG BÃO HÒA
Đới không bão hòa nằm phía trên đới bão hòa. Là khu vực
mà lỗ rỗng của đất đá chứa nước + không khí.
Nước trong đới không bão hoà chủ yếu do hiện tượng mao dẫn tạo nên. 14 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 7 12-Jun-22 3 - HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 15
Sức căng mặt ngoài - Hiện tượng mao dẫn
Sức căng mặt ngoài: chênh lệch lực hút phân tử Nước ở 20oC T = 72,8 mN/m (72,8.10-3 N/m) 16 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 8 12-Jun-22
4 - CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA NƯỚC TRONG ĐẤT  Nước tự do  Nước kết hợp 17 a - Nước tự do
Nước tự do: nước dạng này chịu ảnh hưởng của trọng
lực, có tác dụng truyền và chịu áp suất theo quy luật áp
lực thuỷ tĩnh và có thể chuyển động tự do trong đất.
Trong điều kiện bão hoà nước có tác dụng đẩy nổi làm
cho đất trở nên nhẹ đi theo định luật Acsimet. 18 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 9 12-Jun-22 b - Nước kết hợp
Nước kết hợp: tồn tại ở dạng màng bao quanh mặt ngoài của hạt sét. - Cấu trúc phân tử của khoáng sét
- Cấu trúc lưỡng cực của phân tử H2O. 19
Nước kết hợp mạnh & yếu
Màng nước kết hợp được chia thành:
- Nước kết hợp mạnh: là lớp
nước ở gần mặt hạt, lực liên
kết giữa các hạt và phân tử
nước lớn, có thể đến hàng trăm ngàn atmotphe.
- Nước kết hợp yếu: là lớp
nước kế tiếp bọc ngoài nước
kết hợp mạnh, nó được thành
tạo do năng lượng thừa của
lực hút tĩnh điện của hạt sau
khi thành tạo lớp nước kết hợp mạnh.
Nước kết hợp không chịu tác dụng của trọng lực. 20 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 10 12-Jun-22
2 - Tính chất vật lý của nước trong đất
Các thông số vật lý của nước Trọng lượng riêng
Thông thường w> 1 (g/cm3), thể hiện mức độ khoáng hóa của nước dưới đất. Nhiệt độ
Thay đổi & phân tầng theo độ sâu của tầng chứa nước. Độ cứng
Sự có mặt của ion Ca2+ và Mg2+ làm nước có độ cứng cao, màu xanh da trời. Độ trong suốt
Phụ thuộc vào lượng khoáng, các chất hữu cơ, vô cơ hòa tan. 22 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 11 12-Jun-22
Các thông số vật lý của nước Màu
Màu của nước là do sự có mặt của các chất hữu cơ hay vô
cơ, hòa tan (ion hòa tan) hay không hòa tan.
VD: Nước giàu Fe2+, Fe3+: màu xanh lục.
Nước chứa nhiều hữu cơ (tạp chất): phớt vàng Mùi
Mùi của nước là do các vi khuẩn, các chất khí hòa tan.
VD: Mùi trứng thối: Khí H2S Mùi tanh: sắt Vị
Do các ion có chỉ thị vị: VD:
Vị tanh: Fe2+, Fe3+ , Vị mặn: Cl- Vị ngọt: CO2
Ngoài ra còn tính chất khác: Dẫn điện, phóng xạ… 23
3 - Tính chất hóa học của nước trong đất Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 12 12-Jun-22
1 - Hoạt tính của nước dưới đất (Độ pH) pH < 7 Tính axít pH = 7 Tính trung hòa pH > 7 Tính kiềm 25 Thang pH của nước
Nước có tính axit càng cao
=> tính ăn mòn (xâm thực) càng cao. 26 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 13 12-Jun-22
2 - Các ion thường có mặt trong nước ngầm
Các ion sau đây thường có mặt trong nước ngầm: 1. Ion Canxi Ca2+
Do sự hòa tan CaCO3 trong đất 2. Ion magie Mg2+
Do sự hòa tan các muối silicat magie và canxi cabonat magie 3. Ion Na+
Do phản ứng giữa NaAlSi3O8 và H2O hoặc từ các muối hòa tan NaCl, Na2SO4 4. Ion Fe2+
Fe(OH)3 từ đất đá hòa tan trong nước ở điều kiện yếm khí 5. Ion mangan Mn2+
MnO2 từ đất đá hòa tan trong nước ở điều kiện yếm khí 27
Các ion thường có mặt trong nước ngầm 6. Ion NH + 4
Có nguồn gốc từ chất thải rắn, nước thải sinh hoạt, công
nghiệp, chăn nuôi, phân bón hóa học… 7. Ion HCO - 3
Từ sự hòa tan đá vôi có mặt khí CO2 8. Ion sunfat SO 2- 4
Có nguồn gốc từ CaSO4.2H2O hoặc oxy hóa FeS2 9. Ion clorua Cl-
Có nguồn gốc từ phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt.
Để xác định sự có mặt các ion trong nước, người ta thường
tiến hành thí nghiệm phân tích trong 1 lít nước có bao nhiêu khối lượng (mg/l) ion. 28 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 14 12-Jun-22
3 - Các thông số hóa học của nước
1. Số mg của một đương lượng: Là tỷ số giữa nguyên tử lượng và hóa trị
2. Hàm lượng mgdl/l (meq/l): Để chuyển các kết quả
phân tích dưới dạng mg/l thành dạng đương lượng mg,
người ta chia lượng mg/l cho số mg của đương lượng của
chúng (tỷ số giữa hàm lượng mg/l và số mg của đương lượng).
3. Cacbonic ăn mòn: là một loại axit có khả năng hoà tan
CaCO3 (khi trong nước có CO2 tự do). 29
Các thông số hóa học của nước
4. Độ cứng của nước: là số đo hàm lượng của các ion
kim loại Ca2+ và Mg2+ có trong nước. Độ cứng toàn phần là
tổng hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+ tính trong 1lít nước.
Thường phân biệt 2 loại độ cứng:
a - Độ cứng tạm thời (Độ cứng Carbonat): là độ cứng gây
ra bởi sự có mặt các khoáng bicacbonat hòa tan: dưới
dạng các cation Ca2+ và Mg2+ và anion HCO - 3 . Độ cứng
này có thể làm giảm khi đun sôi nước (xuất hiện muối bị kết tủa).
b - Độ cứng vĩnh cửu (Độ cứng không Carbonat): là độ
cứng ứng với các ion Ca2+ và Mg2+ trong các muối axit mạnh Cl-, SO 2- 4
(không kết tủa sau khi đun sôi nước).
Nước có độ cứng cao gây tác hại: lãng phí xà phòng, tạo cặn lắng… 30 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 15 12-Jun-22
Các thông số hóa học của nước
5. Độ khoáng hóa của nước (M)
Tổng lượng các vật chất hòa tan trong nước (không kể chất
khí) hợp thành lượng khoáng của nước => để xác định
phải thí nghiệm xác định tất cả các thành phần hóa học có mặt trong nước.
Lượng khoáng hoá được biểu thị theo đơn vị g/l 31
4 - Công thức KURLOV và cách gọi tên nước
Công thức Kurlov tổng quát có dạng: Trong đó:
K - ký hiệu chất khí chứa trong nước (mg/l)
M - tổng khoáng hóa của nước (g/l)
A - các anion hàm lượng > 10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng
C - các cation hàm lượng > 10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng
T - nhiệt độ của nước ở điểm lấy mẫu pH- độ pH của nước
Tên nước được gọi theo các anion và cation có hàm lượng
> 25% xếp giảm dần theo công thức Kurlov. 32 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 16 12-Jun-22
Ví dụ cách gọi tên nước
Một kết quả phân tích mẫu nước được biểu diễn như sau:
K - ký hiệu chất khí chứa trong nước (mg/l)
M - tổng khoáng hóa của nước (g/l)
A - các anion hàm lượng > 10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng
C - các cation hàm lượng > 10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng
T - nhiệt độ của nước ở điểm lấy mẫu
pH- độ pH của mẫu nước
Gọi tên nước: Clorua - Bicarbonat - Natri 33 Ví dụ 1 34 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 17 12-Jun-22 Lời giải Ví dụ 1 35
4 - Tính ăn mòn của nước trong đất Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 18 12-Jun-22
Các chỉ tiêu của môi trường xâm thực
Bê tông cốt thép bị ăn mòn trong môi trường xâm thực. (TCVN 3994-1985) 37
Các chỉ tiêu của môi trường xâm thực
Bê tông cốt thép bị ăn mòn trong môi trường xâm thực. (TCVN 3994-1985) 38 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 19 12-Jun-22 1 - Ăn mòn cacbonic
Bê tông bao quanh cốt thép là để bảo vệ & chống lại sự ăn mòn cốt thép bên trong.
Vì bê tông có tính chất kiềm, nồng độ pH luôn giữ từ 12
đến 13, trong môi trường có tính kiềm cao như vậy cốt
thép không thể bị ăn mòn.
Trong môi trường thông thường bê tông liên tục bị axit
carbonic xâm thực thông qua các lỗ rỗng.
Có thể kiểm soát quá trình ăn mòn này bằng cách kiểm tra
độ pH của môi trường xung quanh bê tông. 39
2 - Ăn mòn hòa tan - axit - muối
Trong môi trường nhiễm phèn, nhiễm mặn và môi
trường biển bê tông liên tục bị các ăn mòn dạng: a. Ăn mòn hòa tan b. Ăn mòn axit H2SO4
c. Ăn mòn muối sunfat MgSO4, CaSO4, Na2SO4
(Thành phần hóa của môi trường phèn, mặn ở ĐB SCL)40 Dr. Thanh Danh TRAN - HCMCOU 20