Determinarea conductivitatii hidraulice in laborator - aparatura necesara

Lucrarea

1. Scopul determinarii. Definitii

Conductivitatea hidraulica se exprima prin valoarea coeficientului de conductivitate hidraulica k. Coeficientul de conductivitate hidraulica este dat de raportul , in care :

v este viteza aparenta de infiltratie definita ca fiind raportul dintre debitul de apa care trece in unitatea de timp printr-o suprafata plana din mediul poros, perpendiculara pe directia de curgere, si aria suprafetei

i este gradientul hidraulic sau panta hidraulica, definita ca fiind raportul dintre diferenta de nivel piezometric h dintre doua linii echipotentiale si lungimea liniei de curent I

Coeficientul de conductivitate hidraulica are dimensiuni de viteza si se exprima in cm/s, m/s, m/zi. Coeficientul de conductivitate hidraulica depinde atat de caracteristicile structurii pamantului cat si de caracteristicile apei care circula prin porii lui. Principalii factori care influenteaza marimea coeficientului de conductivitate hidraulica sunt :

porozitatea si caracteristicile geometrice ale porilor

natura mineralogica a pamanturilor, greutatea volumetrica a apei din pamant

marimea gradientului hidraulic i

vascozitatea apei

stratificatia terenului

 Legea lui Darcy aplicata la nisipuri si argile

Coeficientul de conductivitate hidraulica caracterizeaza cantitativ conductivitatea hidraulica a pamantului in limitele de valabilitate a legii lui Darcy. Aceste limite sunt determinate de gradientii hidraulici minim i_i si maxim i_s.

Metodele de determinare in laborator a coeficientul de conductivitate hidraulica sunt :

a)      metoda permeametrului cu gradient constant, care poate fi :

fara suctiune

cu suctiune

Aceasta metoda se aplica in cazul pamanturilor necoezive (nisipuri medii, mari, pietrisuri, etc)

b) metoda permeametrului cu gradient variabil

Aceasta metoda se aplica nisipurilor fine si prafurilor, atat pe probe netulburate cat si pe probe tulburate.

2. Metoda permeametrului cu gradient constant fara suctiune

2. 1. Principiul metodei

Metoda consta in determinarea conductivitatii hidraulice, prin trecerea unui curent de apa sub gradient constant printr-o proba de pamant.

2. 2. Pregatirea epruvetelor

Probele netulburate se recolteaza direct cu stanta, nivelandu-se suprafetele lor cu ajutorul unui cutit de laborator. Probele netulburate se recolteaza direct cu stanta sau se incarca in stanta la compactarea dorita.

Pentru probele netulburate se va specifica sensul de recoltare al probei in raport cu orientarea stratului.

Inainte de efectuarea determinarii se stabilesc urmatoarele caracteristici geometrice ale epruvetei :

lungimea epruvetei l, in cm

sectiunea transversala a epruvetei A, in cm²

porozitatea n sau indicele porilor

Epruvetele de pamant si apa cu ajutorul carora se va efectua determinarea, se tin in laborator pana la egalarea temperaturilor cu cea a camerei.

La argile si prafuri se va utiliza apa distilata si dezaerata. In lipsa apei distilate, se poate folosi apa potabila, fiarta si racita. La nisipuri si pietrisuri se poate folosi apa de la reteaua de apa potabila.

2. 3. Aparatura necesara

Pentru determinarea coeficientul de conductivitate hidraulica cu metodei permeametrului cu gradient constant fara suctiune sunt necesare urmatoarele :

a)      permeametru cu gradient constant fara suctiune, conform fig. 2 compus din :

cilindru din metal (1), in care se introduce proba, avand volumul cunoscut; diametrul stantei trebuie sa fie, cel putin de 10 ori marimea particulei maxime din epruveta examinata

corpul permeametrului (2), prevazut la partea superioara cu un ventil pentru evacuarea aerului (3)

rezervor cu nivel constant reglabil (4), prevazut cu preaplinul (5)

tub de cauciuc sau de plastic (6)

rezervor cu nivel constant fix (7), prevazut cu preaplinul (5)

cilindrul gradat (8)

robinete de trecere (9) si (10)

tuburi piezometrice transparente (11) si (12), gradate in mm, avand cota 0 comuna

epruveta de pamant (13)

alimentare cu apa (14)

filtre (15)

Permeametrul se executa din materiale inoxidabile. Filtrele pot fi site, pietre poroase sau materiale granulare astfel incat sa indeplineasca urmatoarele conditii :

o       sa nu permita trecerea particulelor fine din proba

o       sa aiba o rezistenta hidraulica foarte redusa, sub 1% din cea pe care o opune proba examinata

b)      termometru cu precizia de

c)      cronometru cu precizia

d)      balanta tehnica cu capacitatea de 1kg, cu o precizie de 0,1g

e)      cilindri gradati

2. 4. Mod de lucru

Determinarea conductivitatii hidraulice in laborator, cuprinde urmatoarele operatii :

recoltarea epruvetei in stanta

introducerea stantei in permeametru

evacuarea gazelor (aerului) din porii epruvetei de pamant

masurarea temperaturii

determinarea propriu-zisa

Stanta cu epruveta de pamant (1) se intruduce in permeametrul (2) asigurandu-se etanseitatea intre stante si capetele permeametrului, prin garnituri de cauciuc.

Se evacueaza gazele din porii epruvetei de pamat cu un curent de apa de jos in sus, prin inchiderea robinetului (9) si deschiderea robinetelor (10) si (14), curgerea se va face cu un gradient hidraulic mai mic decat 1. Terminarea evacuarii gazelor este semnalata prin aparitia apei in tubul piezometric (12). Aceasta operatie poate dura de la cateva secunde, la probele de nisip, pana la zeci de ore la argile.

Se masoara temperatura apei la intrarea si iesirea din epruveta la inceperea, pe parcursul si la terminarea determinarii. Dupa terminarea evacuarii gazelor din epruveta, se inchide robinetul (10), se deschide robinetul (9) si dupa intrarea curgerii in regim se masoara urmatoarele valori :

volumul de apa evacuat, V, prin preaplinul (5) si masurat cu cilindrul gradat (8) in cm³ ,in intervalul de timp T

intervalul de timp T, in care curge volumul de apa V, in secunde

diferenta de nivel inregistrata intre cele doua tuburi piezometrice (11) si (12), in cm , cu o precizie de 1mm

Intrarea curgerii in regim se constata prin repetarea masurii lui V, T, h ,pana la obtinerea unor valori relativ constante ale coeficientului de conductivitate hidraulica k (diferenta dintre doua valori successive sa fie de sub 10%).

Intrarea curgerii apei in regim poate dura de la cateva minute la nisipuri, pana la cateva zeci de ore la argile.

Pentru efectuarea determinarii se va folosi apa distilata si dezaerata. Determinarea se repeta la diferiti gradienti hidraulici pe o aceeati epruveta fara a o demonta din permeametru.

2. 5. Calculul coeficientului de conductivitate hidraulica

Coeficientul de conductivitate hidraulica k_t (la temperatura t masurata) se calculeaza cu formula : , in care si in care :

V este volumul de apa evacuata in intervalul de timp T

T este intervalul de timp in care curge volumul de apa V

Eseu: Tehnica auditului energetic pentru cladiri Proiect: Condensul - ce putem face pentru a micsora riscul aparitiei condensului?

A este aria transversala a epruvetei

h este diferenta de nivel dintre cele doua piezometr

l este inaltimea epruvetei

Valoarea coeficientului de conductivitate hidraulica calculat ca mai sus se va corecta, daca este cazul, pentru temperatura de referinta de 20⁰C cu urmatoarea formula : k = k_t e , in care e este coeficient de corectie de temperatura, adimensional, dat in tabelul de mai jos :

Valoarea finala se obtine prin medierea aritmetica a tuturor valorilor obtinute experimental.